Грибы рода Penicillium

     Питание грибов

     Мицелий высших грибов использует для своего роста и развития готовые вещества растительного и животного происхождения. Многие высшие грибы находятся в  симбиозе с корневой системой различных древесных и травянистых растений, в результате невозможно провести границу между паразитическим и сапрофитным способом питания. В зависимости от источника питания грибы можно разделить на монофаги и полифаги. Монофаги, являясь строго специализированными организмами, используют довольно ограниченный круг источников питания и живут в основном в симбиозе. Полифаги отличаются широким диапазоном используемых источников пищи. К ним относится большая часть гименомицетов [2].

     В питании высших базидиальных грибов главную роль играют соединения, содержащие углерод, так как служат двум основным функциям в метаболизме этих гетеротрофных организмов: снабжают углеродом, необходимым для синтеза веществ живой клетки, и участвуют в процессах окисления, где являются единственным источником энергии (Шиврина, 19б9). Кроме того, соединения углерода являются составной частью запасных питательных веществ, необходимых для роста и развития мицелия грибов, а также ферментов, регулирующих процессы усвоения. При изучении углеродного питания установлено, что лучше всего грибы потребляют глюкозу, обладающую способностью расщепляться на более простые соединения с освобождением энергии уже при слабом окислении. Вследствие этого глюкоза является биологически самым важным и универсальным источником углеродного питания при искусственном культивировании шляпочных грибов. Фруктоза эквивалентна глюкозе для роста большинства высших съедобных базидиомицетов. Грибами охотно используется ксилоза - продукт гидролиза гемицеллюлозы. Все испытанные виды шампиньона двуспорового хорошо росли на средах, в состав которых входила ксилоза. Крахмал часто является лучшим, чем глюкоза, источником углеродного питания. Объясняется это наличием в крахмале примесей ростовых стимулирующих веществ. Кроме того, крахмал как труднорастворимое вещество медленнее накапливает кислоты в питательном растворе, чем при потреблении глюкозы (Воhus, 1961). Мальтоза - продукт расщепления крахмала - также хорошо усваивается грибницей шляпочных грибов. Установлено, что различные штаммы базидиальных грибов обладают избирательной способностью по отношению к источникам углеродного питания. При наличии в среде слабо используемого источника углерода и источника азота в форме иона аммония в клетке может накапливаться избыток аммиака, и происходит отравление клетки. В случае потребления грибами источника углерода, использование которого сопровождается образованием органических кислот, отравление не наступает вследствие связывания избытка аммиака этими кислотами. Углерод является источником энергии для аэробных организмов и вторым важным элементом клеточной протоплазмы. Кроме того, углеродсодержащие компоненты используются мицелием высших грибов в трех направлениях: для образования клеток, запасных питательных веществ и выделения энергии, углекислого газа, воды и других продуктов обмена веществ (Russer, Spenser, 1958; Atkins, 1974). При наличии подходящего источника углерода для данного вида гриба физиологические процессы протекают нормально: образование клеточной структуры мицелия сопровождается выделением во внешнюю среду значительного количества органических кислот, ферментов, витаминов и т. д.

     В составе клеточной стенки растений преобладают углеводы (92%), среди  которых манноза составляет 86%, глюкоза - 6%.

     В меде обнаружена фруктоза - 40%, глюкоза - 35%, небольшое количество сахарозы и мальтозы, мед также содержит до 2% минеральных солей и до 20% воды. В меде открыты следующие ферменты: инвертаза, диастаза, каталаза, оксидаза и протеолитические энзимы.

     Среди найденных веществ выраженными антиоксидантными свойствами обладают витамин C, ферменты каталаза, пероксидаза и оксидаза глюкозы и феноловые соединения. По мнению исследователей, антиоксидантный эффект меда обусловлен в основном именно его феноловыми компонентами.

     Наличие оксидазы подавляет рост зеленой  плесени и никак не отражается на росте мицелия высших базидиомицетов. Свойства семи сортов меда были проанализированы с помощью специального теста, в  ходе которого оценивалась способность  связывать молекулы свободных радикалов. При этом ученые обнаружили, что темный мед оказывает самое сильное защитное воздействие.

     Свободные радикалы кислорода являются естественным продуктом обмена веществ в организме, однако они вызывают повреждение  клеток и нарушение строения ДНК. Антиоксиданты связывают эти опасные молекулы, предотвращая их вредное воздействие.

     Формула глюкозы C6H12O6. Глюкоза - моносахарид, одна из восьми изомерных альдогексоз. Молярная масса 180 г/моль. Глюкоза в виде D-формы (декстроза, виноградный сахар) является самым распространённым углеводом. D-глюкоза (обычно её называют просто глюкозой) встречается в свободном виде и в виде олигосахаридов (тростниковый сахар, молочный сахар), полисахаридов (крахмал, гликоген, целлюлоза, декстран), гликозидов и других производных. В свободном виде D-глюкоза содержится в плодах, цветах и других органах растений, а также в животных тканях (в крови, мозгу и др.). D-глюкоза является важнейшим источником энергии в организмах животных и микроорганизмов. Как и другие моносахариды D-глюкоза образует несколько форм. Кристаллическая D-глюкоза получена в 2-х формах: a-D-глюкоза и b-D-глюкоза.

     Азотистые соединения являются основой белков - важнейшей составной частью протоплазмы, они играют большую роль в обмене веществ у грибов. В отличие от некоторых бактерий грибы не в состоянии связывать атмосферный азот. Они могут принимать его только в форме неорганических солей или же органических азотных соединений. Самыми распространенными неорганическими источниками азота для грибов являются нитраты аммония. А нитрат азота ядовит для многих видов. Органический азот поставляют аминокислоты, протеипептиды и т. д. Органическим соединением азота, благоприятным для большинства грибов, является мочевина, которая часто добавляется в качестве источника азота в питательные среды.

     Используемые  в питании грибов источники азота  подразделяются на неорганические и  органические соединения. К первым относятся нитраты и аммонийные соли. Установлено, что нитраты не могут использоваться мицелием высших грибов. Объясняется это недостатком каких-либо элементов, необходимых для восстановления нитратов. Аммонийные соли легко ассимилируются грибами и превосходят даже аминокислоты в этом отношении (Norkrans, 1950). Усвоение азота из аммонийных соединений регулируется концентрацией водородных ионов и другими компонентами среды.

     Кроме источников углерода и азота грибам необходимы многочисленные минеральные элементы. Важнейшие среди них - фосфор, сера, калий, магний, микроэлементы. Эти минеральные вещества усваиваются грибами в основном в виде солей. Так, например, фосфор усваивается грибами в виде органических фосфатов, фосфат-эфиров, а также в форме фосфорной кислоты (Stoller, 1954; Schisler, Sinden, .966).

     В зависимости от источника углерода лучшими соединениями фосфора для роста грибов могут быть неорганические или органические его соединения. Фосфор принимает участие в углеводном обмене, а именно в процессах фосфолирования при дыхании и брожении. Усвоение фосфатов происходит лишь при наличии кислорода и усвояемых углеводородов. Однако усвоение фосфора некоторыми видами грибов, обладающими способностью окислять субстрат в анаэробных условиях, может протекать и без свободного кислорода. Фосфор необходим для ферментативного превращения глюкозы в спирт и углекислоту. Он входит в состав нуклеопротеидов, наличие которых можно установить в ядре и цитоплазме любой клетки. При недостаточном содержании фосфора в среде нарушается усвоение азота и замедляется синтез витаминов: тиамина, рибофлавина и никотиновой кислоты. Кроме того, недостаток фосфора может вызвать различные нарушения в процессах обмена и в первую очередь утилизации глюкозы. В организме грибов фосфор может переходить в так называемые макрознергетические соединения, являющиеся источниками большого количества потенциальной энергии.

     Сера как составная часть аминокислот и витаминов тиамина и биотина, а также коэнзима А - необходима для грибов. Она усваивается в виде неорганических сульфатов, которые вводятся в клетку гриба в результате редукции. Усвояемость серы определяется степенью ее окисления и специфической структурой молекулы органических соединений, содержащих этот элемент. Соединения серы стимулируют протеолитическую активность. Сера играет большую роль в структуре клеток, так как является составной частью белков в виде серосодержащих аминокислот цистеина и метионина. Сера содержится также в витаминах тиамине и биотине, входит в состав коэнзима А, участвующего в обмене жирных кислот и липоидов. В грибах сера присутствует только в восстановленном виде, в форме производных сероводорода (Н - S Н). Сера необходима грибам в питательной среде в сотых или тысячных долях процента.

     Роль  калия менее выяснена. Однако установлено, что нехватка калия, вызывает торможение углеводородного обмена веществ, кроме того, при недостатке калия грибной мицелий интенсивно выделяет аммиак вследствие торможения процесса синтеза белков. Калий частично может быть заменен натрием и бериллием. Количество калия, необходимого для роста грибов, составляет от 40 до 150 мг/л питательной среды.

     Кальций, как указывают некоторые исследователи, способствует развитию плодовых тел высших грибов. Он играет роль нейтрализатора органических кислот, которые многие грибы образуют очень интенсивно. Механизм действия кальция на обменные процессы грибов неизвестен, но предполагают, что он влияет на избирательную адсорбцию клеток, снижая их проницаемость. Может подавлять активность некоторых ферментов, например фосфатазы (Sadavison, 1952).

     Магний представляет собой элемент, крайне необходимый для процессов окисления. Стойких органических соединений в мицелии грибов не образует. Оптимальные концентрации магния для роста грибов связаны с оптимальными концентрациями фосфора следующим образом: на каждый ион магния необходимо 36 ионов фосфора. Вероятно, это связано с ролью магния в активизации некоторых ферментов брожения и дыхания. Магний способен нейтрализовать действие ряда ядов, например сулемы и борной кислоты, образующихся вследствие антагонизма ионов (Лилли, Барнетт, 1953).

     На  рост и развитие высших грибов благоприятное  воздействие оказывают микроэлементы, необходимые организмам в незначительных количествах, - от 0,3 до 0,02 мг/л. Отсутствие микроэлементов вызывает различные нарушения в развитии организма. При определенных концентрациях цинка, железа, марганца, меди, кальция и некоторых других микроэлементов наблюдается стимуляция образования и роста мицелия (Lindenberg, 1944; Perliman, 1949).

     Исходя  из сведений о роли различных микроэлементов в физиологии грибов, Сталлер (1956) предложил  вводить в состав синтетических  сред следующие 9 элементов: Мn, Fe, Al, Cr, Cu, Zn, В, Br, I. Он провел опыты по выявлению токсичности каждого элемента при двух крайних концентрациях, однако существенного влияния на урожайность не обнаружил. Эффективность смеси этих элементов в соломенных компостах довольно высокая: они способствуют осаждению коллоидов. Есть данные, указывающие на то, что микроэлементы повышают устойчивость высших грибов к заболеванию.

     Как большинству существ, грибам для  развития и размножения необходимы витамины. Это составные части ферментов, управляющие в клетках важными жизненными процессами. Многочисленные грибы могут синтезировать витамины из простых питательных веществ, однако для некоторых видов грибов витамины должны поступать в готовом виде для усвоения. Важнейшими :для роста, развития и размножения грибов являются витамины В1, В6, В12, биотин, амид никотиновой кислоты. Высшие базидиальные грибы относятся к так называемым гетеротрофным организмам в отношении одного (или нескольких) витаминов из комплекса витаминов группы В. Чаще всего эти грибы нуждаются в одном факторе, а именно в витамине В1 (Лилли, Барнетт, 1953; Беккер, 1963).

     Качественный  субстрат для выращивания грибов должен удовлетворять основные потребности  гриба в питательных веществах : белках жирах, углеводах, минеральных веществах (макро и микроэлементы). Поэтому знание химического состава субстратов необходимо для выбора наиболее продуктивного варианта.

     Критерии  выбора субстрата [5].

Экология  микроорганизмов.

     Действие  факторов среды.

     Микроорганизмы  подвержены постоянному воздействию  факторов внешней среды. Неблагоприятные воздействия могут приводить к гибели микроорганизмов, то есть оказывать микробицидный эффект, либо подавлять размножение микробов, оказывая статическое действие. Некоторые воздействия оказывают избирательный эффект на отдельные виды, другие - проявляют широкий спектр активности. На основе этого созданы методы подавления жизнедеятельности микробов, которые используются в медицине, быту, сельском хозяйстве и др.

Температура 
По отношению к температурным условиям микроорганизмы разделяют на термофильные, психрофильные и мезофильные. Пенициллин образуется также термофильным организмом Malbranchia pulchella.

Развитие плесеней зависит от наличия легкодоступных источников азотного и углеродного  питания, в то же время ксилотрофные грибы способны разрушать сложные труднодоступные лигноцеллюлозные комплексы соломы. Обработка субстрата при высокой температуре вызывает гидролиз растительных полисахаридов и появление свободных легкоусвояемых сахаров, которые способствуют размножению конкурентных плесеней.Селективный субстрат, тормозящий развитие плесеней и благоприятствующий росту мицелия, получают при обработке умеренной температурой 65 - 70°С. Повышение температуры обработки до 75 - 85° приводит к стимуляции развития плесеней