Смолы и терпены

Представляют, повидимому, продукты отброса. Смолы или отлагаются в полости клетки, или пропитывают клеточные оболочки, или выделяются наружу. Некоторые из них обусловливают яркую окраску грибов (например, ярко-желтая окраска Pholiota spectabilis). Вообще смолы распространены особенно в плодовых телах трутовиков. Из них Fomes officinalis обязан своим фармацевтическим значением (слабительное и против потов) содержанию ряда смол. Смолы также содержатся в большом количестве в виде мельчайших капелек в млечном соке некоторых грибов, как виды Lactarius, некоторые Russula и др. и обусловливают его жгучий вкус. Терпены и близкие им вещества, повидимому, довольно распространены у грибов, но мало изучены химически. Ими главным образом определяется характерный запах, свойственный тем или иным грибам (Phallus — запах падали; Collybia porrea, Marasmius scorodonius — запах чеснока; Cantharellus aurantiacus — запах перца; Trametes suaveolens — запах аниса и др.).

Органические кислоты

Кроме значительного количества жирных кислот, входящих в состав жиров, грибы содержат еще нередко ряд кислот как в свободном состоянии, так и в виде солей; из них следует специально отметить широко распространенную щавелевую кислоту (С2Н4O2); встречаются также фумаровая (С4Н4O4), янтарная (С4Н6O4), яблочная (С4Н6O5), лимонная (С6Н8O7) др.

Лимонная кислота вырабатывается особенно в процессе брожения некоторыми плесенями (Sterigmatocystis niger и др.). Заслуживает еще специального упоминания гельвелловая кислота — двуосновная кислота состава С12Н20О7, которая содержится в сморчках (Hellvelia esculenta) и обусловливает их ядовитость в свежем состоянии (выщелачивается горячей водой при варке).

Жиры

Весьма распространены у грибов, но содержатся обычно в небольших количествах (1—2%, см. таблицу на стр. Химический состав); исключением являются, например, склероции спорыньи (30—35% жира) и так называемые жировые дрожжи (Endomyces vernalis), содержащие около 30% жира и представляющие в этом отношении известный практический интерес как организмы, перерабатывающие углеводы в жиры. Во время империалистической войны в Германии жировые дрожжи разводились в широком масштабе с целью покрыть острый недостаток в жирах как для питания, так и особенно для технических целей (получение глицерина для взрывчатых веществ). Однако для последних целей их жир оказался не совсем полноценным, так как глицерина в нем содержится сравнительно мало, и значительная часть жирных кислот находится в свободном состоянии. У нас во время гражданской войны делались в небольшом масштабе попытки использовать жир из жировых дрожжей для целей питания (в Ленинграде). Что касается свойств жиров, то они в большинстве случаев жидки при комнатной t° и отличаются тем, что легко расщепляются с освобождением жирных кислот (особенно в старых высушенных грибах). Нередко жиры грибов содержат фосфор и азот, что объясняется присутствием в них лецитина. Вместе с жирами извлекаются и кристаллизуются из эфирной и бензиновой вытяжки довольно распространенные у грибов холестерин (С27Н44O), эргостерин (С26Н44O) и некоторые другие близкие к ним тела.

Состав клеточной оболочки

Что касается клеточной оболочки, то о качественном составе ее было уже упомянуто выше (см. Химический состав и Белки и азотистые основания). Здесь можно отметить только количественную сторону. Как видно из таблицы:

Таблица химического состава плодовых тел некоторых грибов

общее количество веществ оболочки в плодовых телах высших грибов довольно неодинаково. В состав ее входят, с одной стороны, легко извлекаемые гемицеллюлозы, и с другой — трудно растворимые вещества (эти последние и учтены главным образом в приведенной выше таблице). Из этих трудно растворимых веществ главная масса приходится на долю полисахаридов, повидимому, близких к целлюлозе, а к ним присоединено еще в количестве до 20% и иногда выше азотосодержащее вещество, близкое к хитину насекомых. Хитин, гликоген, мочевина считаются типичными для животных организмов. Интересно, что у бесхлорофильных низших растений — грибов — мы также встречаем их. Все это вместе получило еще со времен де-Бари название грибной клетчатки.

Безазотистые продукты

Из безазотистых продуктов на первом месте стоят углеводы и близкие к ним вещества. Из запасных углеводов грибы не содержат крахмала, хотя иногда у них и обнаруживается какое-то синеющее от йода вещество. Так, имеются указания, что при культуре на глюкозе и других углеводах у некоторых грибов (Sterigmatocystis) накопляются вещества, синеющие от йода. Они не образуют оформленных тел вроде крахмальных зерен и отлагаются в полости клетки в виде раствора.

В других случаях аналогичные синеющие от йода вещества находятся в клеточных оболочках. Например, у многих аскомицетов и лишайников синеет от йода оболочка сумки, и это является даже диагностическим признаком. Какова истинная химическая природа этих синеющих веществ, с точностью не установлено. Повидимому, они относятся к углеводам. Для оболочек сумок возможно, что это изолисенин — полисахарид, выделенный из лишайника Cetraria. Во всяком случае эти синеющие вещества грибов нельзя отождествлять с крахмалом, хотя по сходству йодной реакции их называют иногда грибным крахмалом, или чаще амилоидом (amylum — крахмал).

С другой стороны, у грибов широко распространен другой полисахарид — гликоген (С6Н10О5)n. Он отлагается не в виде оформленных телец, а пропитывая протоплазму и придавая ей характерный стекловатый вид. Характерная микроскопическая реакция — красно-бурое окрашивание от йода. Гликоген является очень распространенным и характерным запасным веществом, заменяющим в этом смысле крахмал высших растений. Из простых Сахаров весьма распространена глюкоза, хотя количественных определений здесь мало. Затем широко распространены у высших базидиальных грибов трегалеза, или микозаа  (С12Н22О11) и близкий к углеводам маннит (С6н14О6). При этом два последние вещества в значительной степени замещают друг друга: там, где много трегалезы, мало маннита, и. наоборот. Например, рыжик имеет маннита до 10% от сухого веса и ничтожное количество трегалезы, а груздь содержит до 10% трегалезы и только немного более 1% маннита. По некоторым данным трегалеза при медленном просушивании грибов ферментативно разлагается с образованием маннита. Потому содержание того или другого вещества в значительной степени зависит от условий проведения анализа. В свежем материале или обработанном горячей водой (разрушение ферментов) трегалезы оказывается больше, а маннита меньше.

Белки и азотистые основания

Главная масса белков принадлежит к трудно растворимым и неизвлекаемым растворами солей и слабыми щелочами. Поэтому переваримость грибных белков при питании ими не высока. Из продуктов азотистого распада обнаруживаются аминокислоты, как лейцин (в склероциях спорыньи), тирозин (в Lycoperdon), гистидин (белый гриб, шампиньон, спорынья), аргинин (белый гриб), гуанидин (Aspergillus, Penicillium). Так же как продукты распада белков и аминокислот, распространены, хотя и в небольших количествах, амины. Некоторые из них, как путресцин (C14H22N2), обычно появляющийся при гнилостном распаде, у грибов могут образоваться, повидимому, и без участия бактерий. Также широко распространены пуриповые основания (ксантин и др.). Весьма большое значение как продукт азотистого обмена имеет мочевина, содержащаяся в значительных количествах (в зрелых плодовых телах шампиньона до 13% от сухого веса, по определению Иванова).

По исследованиям Н. Н. Иванова и некоторых других авторов, мочевина образуется как дальнейший продукт распада белков из аргинина, гуанидина и др. аминокислот в процессе их дезаминирования. В этом случае она может рассматриваться как продукт отброса и даже выделяется грибом в окружающую среду. С другой стороны, при достаточном содержании углеводов в клетке мочевина вместе с ними синтезируется в аминокислоты. Таким образом, по мнению Иванова, роль мочевины у грибов аналогична той роли, какую играет у зеленых растений аспарагин (у грибов совершенно отсутствующий). Мочевина под влиянием фермента уреазы легко распадается в грибах и дальше с образованием аммиака, но, с другой стороны, она может и синтезироваться ими из аммиака, что доказывается значительным повышением ее содержания при искусственном введении аммиака в плодовое тело.

Наконец, у многих грибов содержатся различные азотистые основания, главным образом производные триметиламина. Некоторые из них отличаются своими резко выраженными токсическими свойствами и определяют ядовитость многих форм. Другие — неядовиты.

Из таких оснований можно указать:

В спорынье содержится еще ряд азотистых ядовитых веществ: эрготинин (С35Н39 H5O5)> эрготин, корнутин и некоторые другие. Что касается настоящих алкалоидов, то таких с достоверностью до сих пор не обнаружено, хотя некоторые вещества, как эрготинин, повидимому, могут быть отнесены к этой категории.

Химический состав

С точки зрения химического состава изучены преимущественно плодовые тела различных высших грибов. О нем может дать представление приводимая таблица.

Таблица химического состава плодовых тел некоторых грибов

Из таблицы видно, во-первых, высокое содержание воды, около 90%. Это относится к сочным плодовым телам; в твердых деревянистых телах трутовиков воды меньше до (60—80%); особенно же мало ее в покоящихся органах грибов — склероциях, например, в склероциях спорыньи — 5—10%. Содержание воды в мицелии должно быть не меньше, чем в сочных плодовых телах, однако количественные определения не могут здесь дать ясных результатов, ввиду различной в разных случаях плотности и рыхлости мицелия и наличия капиллярной воды между гифами.

Золы содержится в среднем около 10% от сухого веса (от 5 до 12% у разных представителей). В ней большею частью преобладает К2О (до 50% от всей массы золы) и несколько меньше Р2О5 (25—30%). Однако во многих случаях фосфор преобладает над калием. Например, в золе дрожжей содержится до 50% и выше Р2О5 и около 30% К2О. Такие же отношения имеют место в плодовых телах шампиньона. Остальные элементы золы содержатся в значительно меньших количествах. Из них больше других Na2О (0,5—2%), СаО (0,5—5%), SO2(2—5%, а у некоторых до 10% и даже выше, например в золе плодовых тел Boletus edulis). В значительно меньших количествах содержатся: Mg, Fe, Al, Mn, Si, Cl и др.г. В некоторых случаях анализы дают очень высокое содержание СаО, например, в мицелии домового гриба (Merulius lacrymans) 14,7% от общего веса золы. Однако здесь учитываются не столько содержащиеся в клетках, сколько находящиеся на поверхности кристаллы оксалата кальция — результат выделения грибом щавелевой кислоты; в плодовых телах того же Merulius содержится только 0,35% СаО от веса золы.

Из органических веществ на первом месте стоят белки, хотя приводимые цифры нужно считать несколько преувеличенными. Дело в том, что они вычисляются обыкновенно на основании общего содержания азота, а при этих условиях в рубрику «белки» попадают и иные азотистые вещества.

Гибридизация

Как было указано выше, при наличии гетероталлизма половая реакция может получиться также между гаплонтами, принадлежащими к разным расам, видам и даже родам грибов. Если она доходит до конца, то получаются гибриды. Изучение их методами генетики, начатое сравнительно недавно, открывает тем не менее перед микологией новые и значительные перспективы. Гибридизация всего легче удается между расами одного вида. Как примеры можно указать на гибриды между нормальным Phycomyces blakesleanus и его разновидностью, или расой, piloboloides, изученные Burgeff (1914, 1915, 1928).

Из других сапрофитов много изучалась Neurospora (Dodge). Здесь удавалась гибридизация не только между расами или полученными в культуре мутантами, но и между видами (N. sitophila × N. crassa, N. sitophila × N. tetrasperma).

Гибридологический анализ полученного потомства позволил проследить наследование целого ряда признаков: окраски, образования конидий, числа спор в сумке, половых свойств. Все они наследуются независимо друг от друга и следуют в общем правилам Менделя. Только для межвидовых гибридов N. sitophila × N. tetrasperma отмечается, что полного восстановления родительских признаков в следующих поколениях кое-где не происходит.

Из паразитных грибов гибридизация изучалась у головневых и ржавчинных. Как примеры можно указать гибриды между расами Ustilago antherarum (Goldschmidt, 1928). На них было выяснено наследование ряда морфологических и биологических признаков (способность заражать те или иные растения). Оказалось, что большинство установленных биологических форм Ustilago antherarum представляют мутации, так как обнаруживают расщепления в потомстве гибрида, другие оказались модификациями, не расщепляющимися по Менделю (forma Silene saxifraga). Получены также и межвидовые скрещивания у головневых, например Tilletia tritici × T. laevis (Flor, 1932).

У ржавчинных грибов гибридизация изучалась главным образом в связи с вопросами о происхождении у них биотипов (см. ч. II, Uredinales). Скрещивания различных биотипов Puccinia graminis производились нанесением пикноспор одного биотипа на гаплоидный мицелий (на листе барбариса) другого биотипа. В результате получились эцидиоспоры, а заражение ими злака давало уредоспоры. Последние главным образом и испытывались на их заражающую способность по отношению к разным злакам. В результате было обнаружено, что гибридные уредоспоры получают нередко ясные новые свойства, отсутствовавшие у родителей. Одни из них оказывались тождественными с другими уже известными биотипами, а другие с новыми, еще не известными. Отсюда можно заключить, что и в природе имеются широкие возможности для возникновения новых биотипов ржавчины путем гибридизации. Это положение имеет не только большое теоретическое значение, но также очень важно для практики фитопатологии.

Диплоидизация мицелия

Если у низших грибов и аскомицетов диплоидизация, т. е. переход от гаплоидного к диплоидному состоянию, осуществляется в половых органах, то у базидиомицетов, где половые органы отсутствуют, это происходит по-иному. Базидиоспора, как правило, прорастает в гаплоидный мицелий, сложенный из одноядерных или иногда из многоядерных клеток, на без ассоциации ядер в дикарионы. У гомоталлических форм такой мицелий в изолированном состоянии развивает далее диплоидный мицелий с дикарионами и у большинства с пряжками. Это осуществляется, повидимому, чаще всего в результате анастомозов между ветвями одного мицелия и перехода ядра из одной клетки в другую. Таким образом формируются первые дикарионы, и содержащие их клетки, разрастаясь и делясь, дают начало диплоидным гифам. У гетероталличных форм все это происходит в результате анастомозов между гифами двух разнородных в половом отношении мицелиев (рис. 43).

Рис. 43. Схема происхождения диплоидного мицелия гименомицета из анастомоза двух гаплоидных.

При этом у одних видов диплоидный пряжковый мицелий начинается в непосредственной близости от места анастомоза (Corticium), а у других — в более или менее значительном отдалении от него и нередко сразу в нескольких местах (Typhula erythropus). Можно думать, что в этом последнем случае ядро, перешедшее через отверстие анастомоза, не ассоциируется сразу в дикариов с ядром воспринявшей его клетки, а переходит из нее в другие соседние клетки через образующиеся отверстия в поперечных перегородках. При этом оно размножается, и где-то в отдалении и в разных клетках происходит, наконец, образование дикарионов. Весьма интересные экспериментальные данные относительно такой диплоидизации получены Беллером (1931). Ему удалось у Сорrinus диплоидизировать гаплоидный мицелий (АВ), действуя на него небольшим кусочком диплоидного мицелия (АВ + ab). При этом предполагалось, что у последнего те ядра дикарионов, которые имеют генетический состав (ab) могут вступить в ассоциацию с ядрами гаплоидного мицелия (АВ), так как отличны от них по обоим половым факторам. Результаты получились положительные, и гибридологический анализ потомства полученного диплоидного мицелия показал, что он действительно имел ожидавшийся генетический состав (АВ + аЬ). Этот опыт показывает возможность расщепления образовавшегося дикариона и самостоятельного действия каждого из слагающих его двух ядер. Аналогичная этому диплоидизация указана для ржавчинных грибов (Brown, 1932). Односпоровая гаплоидная инфекция Puccinia helianthi (однохозяйственная форма) не переходит в диплоидное состояние и не развивает эцидиоспор, но если рядом с ней посеять уредоспоры, дающие диплоидный мицелий, той бывший гаплоидный мицелий развивает эцидиоспоры.

Еще более сложное явление было установлено в других опытах Беллера. Он диплоидизировал гаплоидный мицелий (АЬ) действием на него диплоидного (АВ + ab). Оба ядра последнего имеют один общий ген с ядром, гаплонта, следовательно, нормальное соединение их невозможно. Однако в опыте получился диплоидный мицелий. Он развивался дальше, дал плодовое тело, и анализ полученных с него базидиоспор показал, что диллонт соответствовал здесь составу (АЬ+аВ). Надо думать, что здесь произошло не только расщепление дикариона, первоначально диплоидизирующего мицелия, но и серьезная перестройка отдельных его ядер, выразившаяся в получении из дикариона состава (АВ + аЬ) ядер состава (аВ) и (Ab), из которых первое могло вступить в ассоциацию с ядром первоначального гаплонта (Ab). Возможно, что материальной основой этого явления явился обмен хромозомами между ядрами дикариона во время их одновременного параллельного деления.

Представляет также большой интеpec скорость процесса диплоидизации, установленная в опытах Беллера (рис. 44).

Рис. 44. Схема диплоидизации гаплоидного мицелия Coprinus lagopus (АВ) кусочком другого мицелия того же вида (ab). Жирный круг обозначает контур разросшегося мицелия (АВ), когда близко от него был помещен кусочек (ab). Дальнейшие концентрические круги указывают каждый на суточное разрастание мицелия (АВ). Значками x указаны первые диплоидные участки с пряжками; отмечено, через сколько часов после встречи (АВ) и (ab) они появились. Две хорды, проведенные пунктиром, указывают общее направление и длину пути диплоидизирующих ядер (ab).

При действии кусочка гаплоидного мицелия (ab) на гаплоидный (АВ) первые пряжки на последнем появляются через 42 часа на расстоянии 6 см от места нахождения диплоидизирующего начала (ab). Отсюда скорость движения диплоидизирующего ядра (ab), идущего по гифам мицелия (АВ) определяется как 1,5 мм в 1 час. Это если считать по прямой линии. На самом деле путь ядра, идущего вдоль изгибающихся и ветвящихся гиф, более сложен и должен считаться раза в три больше, так что истинная скорость ядра определяется уже в 4,5 мм в 1 час. При этом нужно еще принять во внимание прохождение его через многочисленные поперечные перегородки. По подсчетам на протяжении всего указанного пути ядра за 42 часа их должно быть около 2500.

Выше был указан наиболее обычный путь диплоидизации гетероталличных форм путем соединения двух разнородных в половом отношении гаплоидных мицелиев, полученных из базидиоспор. Однако существует и иной путь в виде перенесения гаплоидных конидий или оидий с мицелия одного пола на мицелий другого пола. Это явление широко распространено у Uredinales, где такое значение имеют пикноспоры, переносимые насекомыми на другой гаплоидный мицелий (см. Uredinales в системат. части).

То же самое обнаружено у Coprinus lagopus, где установлено перенесение насекомыми гаплоидных оидий, и в результате этого получилась диплоидизация гаплоидного мицелия (Brodie, 1931). Повидимому, это явление довольно широко распространено и у других гетероталличных гименомицетов, которые нередко очень обильно образуют оидий на гаплоидном мицелии (Brodie, 1936). Наконец, то же самое наблюдалось и у сумчатых грибов: перенесение оидий гетероталличного Ascobolus stercorarius на другой гаплоидный мицелий его вызывало на последнем образование апотециев (Dowding, 1931).

Гипотеза гормонального действия

Возможно и иное объяснение указанных явлений у гетероталличных аскомицетов. Moreau указывает, что у Neurospora наблюдается действие друг на друга двух разнородных мицелиев даже в том случае, если они не приходят в непосредственное соприкосновение, а в новейшей работе этого автора (1938) сообщается, что даже убитый повышенной температурой мицелий одного штамма Neurospora вызывает развитие перитециев на односпоровой культуре другого штамма. Автор объясняет это явление действием гормонов, которые различны в обоих штаммах, и лишь при их взаимодействии получается стимул для развития вперитециев на мицелии, который по существу является обоеполым. Остается невыясненным, насколько такие гормональные действия имеют место и у других биполярно гетероталличных аскомицетов. Для тетраполярных базидиомицетов оно кажется мало применимым и во всяком случае недостаточным, так как там оба фактора пола менделируют, т. е. связаны с генами. Хотя и не исключена возможность, что физиологически их действие проявляется выработкой гаплонтом тех или иных веществ, возможно и типа гормонов, но все-таки только констатация этого факта, без анализа наследственной основы его, была бы недостаточной.

Приведенные гипотезы как будто очень различно толкуют механизм тетраполярной половой диференцировки. Однако если отвлечься от генетической символики, полезной для наглядной передачи, но по существу условной, то разница окажется не такой большой. По существу все эти гипотезы не исключают, а лишь взаимно дополняют друг друга в тех или других частных случаях. В конкретной работе чаще опираются на формулировки Книпа как более ранние и поэтому более разработанные.

Как это принято в генетике, для суждения о половой диференцировке отдельных спор или выросших из них отдельных мицелиев используют в первую очередь числовые отношения результатов всевозможных попарных комбинаций между ними. При этом выясняется, распадается ли вся масса их на две группы, по 50% в каждой (биполярная диференцировка), или на четыре группы, по 25% в каждой (тетраполярная диференцировка). Однако такие простые отношения нередко нарушаются, что может зависеть от разных причин, а именно:

  1. Явления гетеро-гомоталлизма (Гипотеза Книпа).
  2. Незаконные копуляции. Они выражаются в том, что гаплонты тетраполярной формы копулируют иногда и в том случае, когда они различны только по одному фактору из двух, имеющихся в каждом. Такой обязательно различный фактор обозначается по Книпу как А или а, тогда как другой, могущий быть и общим, обозначается как В или Ь. Таким образом, незаконная копуляция может быть, например, между аВ и АВ, но невозможна между аВ и аb. Полученные в результате незаконной копуляции диплоидные мицелии отличаются часто некоторыми неправильностями дальнейшего развития.
  3. Мутации в том или ином факторе. Они нередко наблюдались в ранее проверенном генетически материале и вели за собой совсем неожиданные копуляции и развитие диплоидного мицелия с иным, наследственно постоянным генотипом.