Нуждаясь в готовом органическом питании, грибы находят его в природе или в виде органических остатков, или в виде других живых организмов, и питаются соответственно этому как сапрофиты или паразиты. К последним еще тесно примыкают симбиотически живущие грибы. Хотя каждый из этих типов существования является более или менее постоянным для того или иного вида, однако провести между ними резкую грань не представляется возможным, так как они связаны переходами и эволюционно выводятся один из другого. Первичным способом питания грибов несомненно нужно признать сапрофитное, которое и сейчас свойственно большинству видов. При широком распространении органических остатков в природе сапрофитные грибы сравнительно легко находят себе подходящий субстрат, так как отличаются большею частью сравнительно малой разборчивостью к его составу, т. е. широкой амплитудой приспособления к источникам пищи. Поэтому на одном и том же субстрате, содержащем органические остатки, могут одновременно развиваться различные виды, и между ними возникает конкуренция. Лишь немногие сапрофитные грибы приспособились к сравнительно узким специальным условиям, мало подходящим для большинства других. Таковы, например, Mycoderma aceti, приспособившаяся к питанию этиловым спиртом и уксусной кислотой, или виды Onygena, использующие роговое вещество и т. п. Эволюционный смысл этих специальных приспособлений заключается в том, что, ограничивая круг своих субстратов, гриб вместе с тем освобождается от многочисленных конкурентов. Однако для сапрофитов в этом направлении представляются в общем не особенно широкие возможности ввиду того, что такие специфические субстраты, не пригодные для других в общем широко приспособляющихся сапрофитных видов, мало сравнительно распространены в природе. В соответствии с этим таких узких специалистов среди сапрофитных грибов известно немного. Гораздо более широкие возможности открываются при переходе на паразитное питание. Здесь каждый живой организм представляет ряд особенностей, исключающих развитие на нем не только всех сапрофитов, но и большинства паразитов, не приспособленных к нему специально. Благодаря этому паразитизм у грибов, особенно на растениях, получил очень широкое распространение, и многие паразиты, как, например, хлебная ржавчина и др., развиваются в огромных количествах, защищенные от конкурентов специфическими особенностями питающего растения.
Эти преимущества паразитного существования, идущие за счет специализации, т. е. ограничения круга возможных субстратов, могли быть завоеваны лишь теми видами, которые заранее обладали или могли быстро выработать некоторые специальные необходимые для этого свойства. Как на наиболее общие из них можно указать на следующие:
Наличие ферментов, воздействующих на клеточные стенки и содержимое клеток хозяина.
Наличие антител и токсинов, которые дают грибу возможность противостоять воздействию на него живых клеток хозяина и убивать их.
Общая сила роста и характер тропизмов, которые обеспечивают возможность внедрения гиф в ткани хозяина.
Приспособляемость к условиям сравнительной бедности кислородом и большего содержания углекислоты. Дело в том, что во внутренних тканях растения, где большею частью помещается мицелий гриба, атмосфера вследствие дыхания клеток хозяина часто бедна кислородом и обогащена СO2; например в атмосфере межклетников яблока содержится 21% СO2, а в межклетниках клубня картофеля — 34%.
Выработка приспособлений к паразитному образу жизни происходила, конечно, не сразу, и в настоящее время мы имеем паразитов, стоящих на различных ступенях эволюции в данном направлении: от таких, паразитизм которых является непостоянным и которые даже и в природе еще встречаются в первоначальных сапрофитных условиях, до высоко специализированных облигатных паразитов, как Uredinales, где способность к сапрофитной жизни оказывается уже утраченной.
Из паразитизма выводится симбиоз. В нем гриб также соединяется с другим живым организмом, — преимущественно растением, — и вступает с ним в прижизненный обмен веществ, но соотношения их носят более уравновешенный характер. При этом гриб приобретает преимущества, аналогичные тем, которые имеются при паразитизме, но и содержащее его растение, как правило, не угнетается от такого сожительства. В случае симбиоза также имеются различные степени приспособлений к таким условиям: от облигатного симбиоза (грибы лишайников и некоторых микориз) до мало диференцированного, где такие условия для них еще не строго фиксированы. Широкие примеры симбиоза грибов мы имеем в лишайниках и микоризах (см. стр. 99 и след.).
Многие грибы нормально развиваются только в среде, находящейся в спокойном состоянии, тогда как различные сотрясения отзываются вредно и в крайнем случае могут совсем подавить рост. В природе такие сотрясения имеют малое значение, но в некоторых случаях могут и здесь играть известную роль, например для Saprolegnia, которая особенно чувствительна к таким воздействиям и может подавляться в случае волнения воды в естественном водоеме и т. п.
Ядовитыми для грибов оказываются в общем те же вещества, которые ядовиты и для других растений. Это будут в первую очередь соли тяжелых металлов (Hg (ртуть), Cu (медь), Z n(цинк) и др.), некоторые газообразные и летучие вещества (Cl (хлор), Br (бром), SO2 (оксид серы), H2S (сероводород) и др.), а также ряд органических соединений, как формальдегид, фенол и др. Интересно, что алкалоиды, столь резко токсичные для животных, для грибов часто оказываются не только не ядовитыми, но могут являться единственным источником их питания в культуре. Это обстоятельство должно быть принято во внимание при объяснении биологического значения алкалоидов в растении. Часто им приписывается роль защиты от нападения паразитов. На грибных паразитов этого во всяком случае распространять нельзя. Прямые опыты в этом направлении, например, с паразитами табака, показали, что хотя они, в конце концов, и задерживаются в росте от прибавления к культуре никотина, но это лишь в концентрациях, значительно превышающих общее содержание этого алколоида в растении. Возможно, впрочем, что в отдельных клетках эта концентрация значительно выше. Относительно действия ядовитых веществ следует отметить, что на крайне слабые концентрации их грибы (как и другие организмы) часто реагируют повышением своего развития.
На этом отчасти основывается введение Zn в известную питательную жидкость Ролена. Аналогично действие и крайне слабых разведений CuSO4, HgGl2 др. При более высоких дозах наступает подавление роста (угнетающая доза) и затем смерть (смертельная доза). В общем эти дозы весьма невысоки, но все-таки для разных грибов и разных ядов оказываются различными. При этом некоторые формы оказываются особенно выносливыми в указанном отношении. Таковы, например, распространенные плесени: виды Aspergillus и особенно Penicillium glaucum. Последний может еще развиваться на децимолярном растворе CuSO4, что для других грибов является далеко превышающим смертельную дозу. К ядовитым газообразным веществам в некоторых случаях можно причислить СO2. При очень высоком содержании ее в атмосфере наблюдается подавление развития. Для грибов-разрушителей древесины это начинается c 18% СO2, а при 80% наблюдается полная остановка роста (Bavendamm, 1928). При очень большом содержании СO2 (90%) наблюдается подавление даже такой выносливой формы, как Sterigmatocystis niger. При этом здесь имеет значение не просто недостаток кислорода, а именно специфическое свойство СO2, так как при замене ее, например, азотом, некоторое развитие гриба продолжается даже при отсутствии кислорода в атмосфере. Для многих грибов подавление развития начинается уже при сравнительно небольшом содержании СO2 в атмосфере. С этим приходится сталкиваться при культуре древоразрушающих и иных грибов в узкогорлых и закрытых плотными ватными пробками колбах. Накопление СO2 от дыхания нередко скоро останавливает рост его. Перевертывание на некоторое время колбы (с твердым субстратом) вниз горлом обычно восстанавливает его на известное время. Большая токсичность СO2 по сравнению с нейтральными газами, как N, и другими веществами стоит, вероятно, в связи с чрезвычайной быcтротой проникновения её в клетку. В природных условиях ядовитые вещества не играют обыкновенно большой роли в распространении грибов. Однако и здесь такого рода воздействия не исключены. Особенно это относится к таким веществам, как Cl, SO2, может быть, H2S и др., которые при некоторых условиях (около фабрик и т. п.) могут скопляться в значительных количествах как в почве, так и в атмоcфере. Тем более приходится считаться с ядовитыми веществами в деле борьбы с вредными грибами при применении различных фунгисидов как против паразитных форм, так и против сапрофитных (разрушители древесины).
Учение о фунгисидах разрабатывается главным образом в фитопатологии и отчасти в некоторых разделах химии. Как хорошую сводку по этому вопросу можно указать книгу Мартина «Научные основы дела защиты растений» (1931). Здесь же можно ограничиться сравнительно немногим.
По области применения фунгисиды можно разделить на три основные группы:
применяемые против паразитных грибов, развивающихся на молодых растущих частях растения (листья, молодые стебли, плоды);
применяемые для обеззараживания (протравы) посевного материала;
применяемые против грибов, разрушающих древесину. Вместе с тем, эти три группы различаются и по тем требованиям, какие предъявляются к фунгисиду.
Фунгисиды первой группы, уничтожая гриб, не должны вызывать повреждения нежных частей растения, еще не защищенных перидермой. Поэтому высокие концентрации сильно действующих веществ здесь не приемлемы, так как не известно таких специфичных ядов, которые действовали бы на грибы и были безвредны для других растительных клеток. Небольшие различия в чувствительности здесь возможны ввиду неодинаковой смачиваемости или проницаемости тех или других клеток и т. д. Выход из положения в этом случае находится в том, что ядовитое начало применяется в нерастворимой или слабо растворимой в воде форме, но вводится в избытке, образуя осадок. Такому составу фунгисида соответствует также и то обстоятельство, что его основное назначение заключается в том, чтобы предохранять растение от возможного заражения, а не в том, чтобы убить уже развившийся гриб. Последнее возможно только для эктофитных паразитов, как мучнеросные, но не для других, мицелий которых расположен внутри ткани пораженного растения. Во всех случаях оставшийся на поверхности листа или другого органа нерастворимый мелко раздробленный осадок долго не смывается дождем, но постепенно в результате различных происходящих в нем реакций переходит малыми дозами в раствор. Эти постепенно растворяющиеся количества оказываются недостаточными, чтобы повредить клетки листа, покрытого кутикулой, но достаточными, чтобы убить попадающие на него споры, особенно во время их прорастания, когда ростковая гифа одета тонкой, легко проницаемой оболочкой.
Среди многочисленных фунгисидов этой группы наиболее распространенные имеют действующим началом серу или медь.
Часто употребляется свободная сера в виде мелко измельченной муки или серного цвета (продукт возгонки). Ее применяют чаще в сухом виде для опыления, а для опрыскивания изготовляется особая так называемая коллоидальная сера высокой степени измельчения. В еще большем употреблении сейчас некоторые соединения серы, так называемые полисульфиды. Они представляют соединения щелочных или щелочно-земельных металлов с серой в большем количестве, чем то, которое соответствует их валентности (например пятисернистый кальций). Эти фунгисиды употребляются для опрыскивания. В остатке на листе они постепенно освобождают серу и действуют поэтому аналогично ей. В вопросе о том, каким именно способом действует сера на грибы, многое не ясно. Одни авторы полагают, что мелко раздробленная сера на поверхности листа медленно окисляется до сернистого газа или сернистого ангидрида, другие предполагают образование пентатионовой кислоты, а третьи утверждают, что действуют просто пары свободной серы.
Сера и ее препараты особенно применяются для борьбы с мучнеросными грибами, но могут иметь значение также и для борьбы со ржавчинными и некоторыми другими.
Примером фунгисидов с медью как действующим началом может служить широко известная бордосская жидкость. Она изготовляется смешением медного купороса и известкового молока в несколько различных отношениях по разным рецептам (например 1,6—1,3 кг медного купороса в 50 л воды + 0,75 кг едкой извести в 50 кг воды). Получается голубая непрозрачная жидкость, содержащая мелко раздробленный осадок. Наиболее существенную часть его представляют окси-сульфаты меди, например 4CuO.SO3, 5CuO.SO3 и др. Из этих нерастворимых соединений под влиянием углекислоты, аммиака и, вероятно, также и выделений тканей растения и спор гриба происходит постепенное освобождение растворимых солей, которые и действуют на споры во время их прорастания. Аналогичный характер имеют бургундская жидкость (смесь медного купороса с содой), азурин (смесь медного купороса с аммиаком) и др.
Для опрыскивания растений в необлиственном состоянии могут применяться жидкости с более высокой концентрацией действующего ядовитого начала в виде раствора. Например, часто употребляются 1—3% раствор железного купороcа для опрыскивания поздней осенью или ранней весной плодовых деревьев против разных грибов или кустов крыжовника против мучнистой росы. В этих случаях части растений, защищаемые перидермой, выдерживают без повреждений и такие более сильные воздействия.
Для протравы посевного материала также применимы более сильные протравители, так как сухие семена или плоды достаточно защищены своими оболочками; назначение же фунгисида заключается в том, чтобы убить грибные зародыши на их поверхности. Для этих целей широко применяются: формалин (0,15-процентный раствор или 1/300 продажного 40-процентного) и раствор медного купороса (0,1% и выше). Медные соли (особенно углекислая медь) употребляются также и для сухого протравливания (опыления) семенного материала. В лабораторных опытах протравливания семян хорошие результаты дает сулема (0,1%), а в хозяйстве применяются различные препараты, содержащие органические соединения ртути, например, успулун и гермизан; в последнем ртуть находится в таком соединении:
Против грибов-разрушителей древесины могут применяться еще более энергичные фунгисиды, или, как их чаще здесь называют, антисептики. Это обусловливается, с одной стороны, высокой стойкостью древесины против многих химических воздействий, а, с другой стороны, тем, что здесь требуется убить не только поверхностно расположенный гриб, но и те гифы его, которые, возможно, проникли глубоко в толщу древесины. Из наиболее употребительных здесь антисептиков можно указать:
Креозотовое каменноугольное масло. Оно не растворимо в воде, поэтому не вымывается и применимо особенно для таких частей, которые подвержены действию дождя (например железнодорожные шпалы).
2. Водные растворы фтористого натрия (3%), медного купороса (до 10%), динитрофенола (насыщенный раствор, около 0,7%) и др. Указанные антисептики не только наносятся на поверхность древесины, но и загоняются внутрь ее, что достигается различными способами пропитки. В других случаях антисептик, нанесенный в значительном запасе на поверхность древесины, потом постепенно проникает внутрь ее, по мере увлажнения (методы антисептических обмазок и бандажей).
В связи с учением о фунгисидах встает вопрос о токсическом действии и о возможной связи его с химическим строением или физическими свойствами того или иного вещества. Нужно сказать, что несмотря на обширнейшую литературу, вопросы эти еще недостаточно разработаны и какого-либо общего решения их дать нельзя. Приходится поэтому довольствоваться больше отдельными эмпирическими фактами.
Наиболее понятным кажется действие солей тяжелых металлов и формалина. Производя необратимую коагуляцию, хотя бы части белков протоплазмы, они нарушают ее структуру и этим вызывают смерть клетки.
Ядовитые свойства солей тяжелых металлов стоят в связи со степенью их ионизации и зависят, главным образом, от свойств катиона. Это можно видеть, например, из сравнения сулемы и цианистой ртути. Первая сильно диссоциирует в водном растворе и оказывается значительно более ядовитой, чем вторая, хотя у последней ядовит также и анион (CN’). Этой же разницей диссоциации объясняется большая ядовитость водных растворов, по сравнению, например, со спиртовыми, а также понижение ядовитости в присутствии других солей со сходным анионом или органических веществ.
Свободные кислоты или щелочи, вероятно, аналогичным образом действуют их водородными или гидроксильными ионами. Ненормально высокое скопление тех или других в протоплазме резко меняет состояние ее частей и нарушает жизненные функции. Некоторые другие ядовитые вещества действуют, повидимому, как сильные окислители (например перманганат, вероятно, также галоиды). Однако в большинстве случаев действие ядовитых веществ на живую клетку остается в существе мало выясненным, и приходится поэтому довольствоваться только констатированием факта большей или меньшей ядовитости их. Как примеры некоторых наблюдаемых здесь закономерностей можно указать, что в органических, особенно циклических, соединениях наблюдается нередко повышение ядовитости при введении в них гидроксила, нитрогруппы или галоидов, однако все это только до известных пределов, после чего снова начинается понижение ядовитости. Также значительно повышается ядовитость при введении тяжелых металлов, особенно ртути, свинца и некоторых других. При этом указанные металлы могут действовать и в неионизированном состоянии.
Ядовитые вещества действуют, находясь в непосредственном контакте с протоплазмой. Поэтому очень существенно знать их поступление в клетку и возможное накопление в ней. Особенно это важно там, где, как в фунгисидах против паразитных грибов на живых листьях, ядовитые вещества содержатся в растворенном состоянии только в минимальных количествах. Клетки в этих случаях часто не отмирают тотчас же, а лишь спустя некоторое время, вероятно, в результате накопления в них ядовитых веществ в более высокой концентрации.
По теории Овертона, развитой им главным образом на примерах веществ типа наркотиков, поступление их в клетку определяется растворимостью в липоидах поверхностного протоплазменного слоя. При этом последний рассматривается им как имеющий мозаичную структуру: как состоящий из чередующихся участков водной и не водной (липоидной) фаз. В более общем виде ставит этот вопрос Траубе. Согласно его теории основное значение в поступлении веществ в клетку (в том числе и ядовитых) определяется наличием поверхностно активных веществ, т. е. таких, которые уменьшают поверхностное натяжение между живой протоплазмой и окружающей ее средой. Благодаря этому частицы растворенного вещества скопляются на границе между окружающим раствором и протоплазмой и адсорбируются на ее поверхности. Дальнейшее развитие этой теории показало, что указанные явления адсорбции зависят от полярного строения тех или других адсорбируемых молекул или ионов. Эти активные или полярные группы их притягиваются веществами протоплазмы с противоположными свойствами активных групп и, вступая с ними в более прочное соединение, вызывают накопление адсорбируемого вещества. Такими активными группами как в адсорбирующих, так и в адсорбируемых веществах могут быть кислотные и щелочные (ОН, COOH, NH2 и др.). Понятно, что взаимно притягиваются группы противоположных свойств.
Рост мицелия, как правило, одинаково происходит как в темноте, так и на свету, и только очень сильный свет (прямые солнечные лучи, вольтова дуга) могут действовать убивающе на мицелий. То же происходит нередко и со спорами, особенно теми, которые одеты бесцветными оболочками. Наоборот, споры с темноокрашенными оболочками оказываются значительно более стойкими даже по отношению к сильному освещению. Поэтому темную окраску спор можно рассматривать как защитное приспособление против прямых солнечных лучей, с чем им особенно приходится сталкиваться при распространении посредством токов воздуха (см. ниже стр. 118). Нередко свет даже вызывает пигментацию мицелия или спор. При культуре в темноте они оказываются более бледными, чем на свету. Что касается органов спороношения, то свет в очень большом числе случаев оказывает весьма заметное действие, как на направление их роста, так и на самое заложение и дальнейшее формирование. При одностороннем освещении наблюдаются положительные фототропические изгибы, особенно резко выраженные у навозных или копрофильных грибов (рис. 68). Так, очень ясную фототропическую реакцию дают спорангиеносцы Pilobolus, Phycomyces и некоторых других мукоровых. Многие Sordariaceae обнаруживают ее, изгибая хоботок своего перитеция, а у Ascobolus аналогичным образом изгибаются самые сумки. Наконец, из шляпных базидиомицетов многие виды Goprinus изгибают в сторону источника света свою ножку.
Рис. 68. Слева направо: Pilobolus, Ascobolus, Sphaerobolus. Направление «выстрела» к источнику света (стрелки).
Во многих случаях отсутствие или недостаток света подавляют самое заложение органов спороношения. Например, в темноте не развиваются спорангиеносцы Pilobolus, плодовые тела некоторых паразитных пиреномицетов, исследованных Krause, плодовые тела многих видов Goprinus и многих других шляпных грибов (Collybia, Lentinus, Hypholoma). Более подробно изученная в указанном отношении Pyronema confluens также при культуре в темноте не дает плодовых тел. Однако оказалось достаточным небольшого освещения (10 Lux — 12 часов) молодого мицелия, чтобы заложившиеся в это время зачатки плодовых тел достигли полной зрелости уже в темноте. Вегетативный рост мицелия и прорастание спор этого гриба вполне нормально происходят и при отсутствии света. Наоборот, у Sporodinia, Nectria, Aspergillus, Merulius, Schizophyllum, шампиньона и др. спороношения развиваются и в темноте. В других случаях спороношения при недостатке света залагаются, но не достигают нормального развития. Например у Fomes applanatus вместо нормальных плодовых тел получаются вертикально растущие образования, разветвленные на манер оленьих рогов (рис. 45). Гимения и базидиоспор на них не развивается.
Рис. 45. 1 — Плодовое тело Fomes igniarius, выросшее при недостатке света; вид снизу; сохранено дорзовентральное строение, но край плодового тела разделяется как бы на 5 «пальцев»; 2 — Fomes applanatus, выросший в темноте; имеет радиальное строение, на вершина ветвится.
Из отдельных лучей спектра более активно действующими на грибы оказываются коротковолновые, особенно ультрафиолетовые. Как и многие другие агенты при высоких дoзиpoвкax, они подавляют или убивают гриб, а при низких могут стимулировать те или иные его функции или вызывать в нем стойкие изменения типа мутаций. Особенно много работал с ультрафиолетовыми лучами в указанном направлении Stevens. При соответственных дозировках ему удавалось получить сумчатые спороношения у ряда несовершенных грибов или пикниды в культуре у таких форм, которые без этого не давали этих спороношений. Другие авторы получали таким же путем повышение спорообразования (у Helminthosporium) или мутации (у Chaetomium и др.).
Аналогичные результаты были получены с другими видами радиации: излучениями радия и особенно много с лучами Рентгена. При соответственных дозировках облучения наблюдалась стимуляция размножения или появление новых рас у дрожжей, более сильный рост и зиготообразование у мукоровых и т.д.
В опытах Клюшниковой, произведенных в нашей лаборатории, непродолжительное действие х-лучей на молодые мицелии Phycomyces вызывало более пышный дальнейший рост их и более обильное образование спорангиев. Действием х-лучей на зиготы этого гриба удалось добиться более быстрого их прорастания, но вместе с тем споры их зародышевых спорангиев показали малую всхожесть, а прорастающие нередко давали уродливые или не спороносящие далее мицелии. Очевидно, в этом случае действие Рентгена, стимулируя прорастание зигот, оказалось уже слишком сильным для некоторых дальнейших функций.
Нужно сказать, что довольно обильная литература последних лет по действию различных радиации на грибы разноречива: результаты, полученные разными авторами, часто не совпадают. При оценке их нужно иметь в виду, что радиации, как и другие факторы воздействия на организм, могут действовать не одинаково и даже прямо противоположно в разных дозировках (с одной стороны стимуляция, с другой подавление и даже убивание). В свою очередь абсолютные величины этих дозировок даже для одного организма могут быть различными в зависимости от многих других условий, как стадия развития, состав и реакция среды, кислородные условия и т. п. Тем не менее нужно признать, что в радиациях (главным образом ультрафиолетовые лучи и лучи Рентгена) мы имеем довольно мощный фактор для того, чтобы вызвать или повысить частоту тех или других процессов у грибов (спорообразование, прорастание спор, мутации и др.). При том дозировка этого фактора может быть более тонкой, чем многих других, которые сами по себе могли бы, может быть, оказать аналогичное действие.
Считается довольно общим правилом, что грибы в противоположность бактериям предпонитают кислую среду. Однако из этого правила есть и исключения. В качестве такового указывают часто на сапролегнии, которые отмирают даже от 0,005% винной кислоты. Эти данные относительно сапролегний, основанные на опытах Клебса (1899), нуждаются в поправке. Согласно опытам Беккер, произведенным у нас в лаборатории, Saprolegnia при хороших источниках питания прекрасно переносит довольно высокую кислотность, развиваясь хорошо в пределах рН от 3,5 до 8—8,5, с optimum’ом около рН—5—6. Интересно, что при худших источниках питания (аспарагин вместо пептона) она оказывается более кислоточувствительной. Довольно чувствителен к кислотности Ascophanus carneus и, может быть, некоторые другие копрофильные грибы соответственно реакции их естественного субстрата — экскрементов травоядных животных, имеющих обычно щелочную реакцию. Однако большинство грибов действительно лучше развивается в кислой среде, хотя, с другойг стороны, здесь часто наблюдается крайне широкая амплитуда приспособления. Например, для Taphrina deformans развитие в сапрофитных условиях возможна между рН=3,3 и рН=9,6 (optimum рН=4,9, Minx, 1924). Botrytis cinerea подавляется в жидкой среде прибавлением мела (рН около 8), но, с другой стороны, имеются данные, указывающие, что его чувствительность к щелочной реакции бывает различной в зависимости от состава субстрата.
Как пример резко кислотолюбивого гриба можно указать Penicillium italicum, паразитирующий на плодах цитрусовых, в том числе на лимонах. Для роста его мицелия на сахаре устанавливаются следующие кардинальные точки рН: minimum — ниже 2,7, optimum — около 3,3, maximum — 6,9й (Курсанов и Алексеева, 1938). С другой стороны, образование спороношений у некоторых грибов происходит иногда в более узких пределах рН. Так, у Mucor hiemalis зиготообразование подавляется уже при подкислении среды до рН=6,8. Для образования перитециев у ряда паразитов травянистых растений указывается как optimum рН между 4,3 и 6,4 (Krause).
Огромное большинство грибов обнаруживает довольно широкую и однообразную в общем амплитуду допустимых температурных условий для роста. Для большинства minimum = 1 — 5°С; optimum = 20 — 25°С; maximum = 30 — 35°С. Лишь немногие имеют несколько более низкий optimum. Таковы, например, некоторые головневые, как Ustilago avenae и Urocystis cepulae, у которых optimum = 10 — 20°С. Однако даже снежная плесень (Fusarium nivale), которая у нас нормально встречается на озимых сейчас же после стаяния снега, имеет optimum роста между 20 и 25° (обильное развитие ее в природе при низкой температуре объясняется ослабленным состоянием растений в это время и, может быть, ослаблением конкуренции с другими паразитами).
Точно так же известно немного форм с повышенными требованиями к температуре. Таков, например, Sterigmatocystis niger, у которого minimum = 7 — 10°С, optimum = 33 — 37°С, maximum = 40 — 43°С. Еще выше они у некоторых плесневых грибов, играющих, по Кону (1888), важную роль в процессах самонагревания сена, хлопка, солода и т. п. Важнейший из них, Aspergillus fumigatus, еще может расти при температуре выше 50°С.
В общем можно сказать, что хотя температура и имеет большое влияние на скорость роста и др. физиологические процессы, но исключающего влияния на развитие грибов она большей частью в естественной обстановке не имеет (конечно, сюда не относится зимний период, когда у нас вообще почти приостанавливается растительная жизнь).
Среди грибов неизвестно облигатных анаэробов (за исключением некоторых актиномицетов, которые вообще стоят особняком); однако многие могут довольствоваться весьма пониженным содержанием кислорода. При этом допустимые пределы зависят как от видовых особенностей гриба, так и от условий питания (специально углеродистого). К числу наиболее выносливых в указанном отношении относятся дрожжи, однако и они значительно быстрее растут при достаточном доступе кислорода. Обычные плесени (Aspergillus, Penicillium и др.) могут расти на глюкозе при 5—10 мм атмосферного давления воздуха и обнаруживают даже некоторый рост в атмосфере чистого азота. Однако при других источниках питания они оказываются более требовательными. Далеко идущее приспособление к малокислородным условиям имеет в ряде случаев значение для некоторых грибов в их природных условиях существования, например, для почвенных грибов в тяжелых влажных почвах или для эндофитных паразитов, которым приходится выдерживать внутри ткани борьбу за кислород с энергично дышащими клетками растения-хозяина. Отсутствие такого приспособления ограничивает распространение некоторых форм. Особенно ясно выступает это у древесных грибов. Так, например, Ceratostomella не развивается в древесине здорового дерева, содержащей много воды и поэтому бедной кислородом. В дереве же с поврежденной корневой системой и уменьшенным благодаря этому содержанием воды Ceratostomella развивается. Непосредственное определение показало, что для таких сапрофитов на мертвой древесине, как Merulius или Coniophora допустимый minimum кислорода соответствует 100 мм атмосферного давления, а для паразитов на живом дереве, как Stereum или Trametes, — около 30 мм (Bavendamm, 1928).
Наличие капельно-жидкой воды представляется необходимым условием существования всех грибов, как и других организмов. Однако количественная сторона здесь в разных случаях может быть не одинаковой как для разных видов, так и для разных органов одного и того же гриба. В общем можно сказать, что потребность в воде для мицелия гораздо выше, чем для органов спороношения. Мицелий некоторых форм нормально развивается при полном погружении в водный раствор соответствующих веществ или в толще вполне пропитанного водою субстрата (водные грибы, дрожжи и некоторые другие), однако чаще в таких условиях происходит все-таки известное подавление развития. Много числовых данных в этом направлении имеется, например, относительно грибов-разрушителей древесины, optimum развития которых лежит при некотором неполном насыщении ее водою, а при полном насыщении многие из них здесь совсем не могут развиваться. Аналогичное явление наблюдается как в природе, так и в искусственных культурах при выращивании разных грибов на каком-нибудь вполне пропитанном водою субстрате. Мицелий их в этих условиях обычно очень слабо развит или даже вполне отсутствует в толще субстрата и стелется главным образом по его поверхности. Причина всех этих явлений заключается по существу не в излишнем содержании воды, а в недостатке кислорода в таком субстрате. В пробирках, например, на хлебных зернах, необходимо заботиться о том, чтобы вода была прибавлена в умеренном количестве, чтобы зёрна разбухли, но между ними остались заполненные воздухом промежутки. Тогда мицелий проникаете в глубину субстрата, в противном же случае он остаетсятолько на его поверхности. Конечно, и чересчур большой недостаток воды в субстрате останавливает рост. Допустимый minimum различен для разных грибов, например для Merulius lacrymans он составляет 22% воды от веса сухой древесины. Весьма низкий minimum влажности древесины, допустимый для Merulius и некоторых других древоразрушающих грибов, объясняется использованием и той воды, которая образуется при дыхании. В результате этого при замедленном испарении влажность древесины может даже возрастать по мере развития на ней гриба (Миллер, 1932). Аналогичное явление, может быть, имеет место и в других случаях развития грибов на сравнительно сухих субстратах. Однако в общем можно сказать, что грибы требуют значительной влажности субстрата; величина ее сильно зависит, конечно, от характера его, пористости, гигроскопичности и т. д. (физиологическая сухость и влажность субстрата), и обычно она значительно выше minimum’a, допустимого для Merulius на древесине. Даже другие грибы-разрушители древесины требуют значительно большей влажности ее для своего развития; например Poria vaporaria — около 35%, a Goniophora cerebella — еще выше.
При развитии гриба на растворах питательных и иных веществ недостаток воды равнозначен повышению концентрации, а это при больших дозах влечет за собой плазмолиз и остановку роста. Однако грибы большей частью обладают способностью довольно быстро приспособляться к такой повышенной концентрации, повышая осмотическое давление в своих клетках, и некоторые растут при весьма высоких значениях ее. Например, для глюкозы верхний предел допустимой концентрации: у Mucor racemosus — 25%; у Penicillium glaucum — 51%; Sterigmatocystis niger — 73%; Botrytis cinerea — 55%; Aspergillus repens — 100%. Расчет процентов здесь означает число граммов глюкозы на 100 г воды.
Гораздо более ограничена потребность в воде для органов спороношения. Лишь у некоторых форм они могут образоваться в жидкости (у водных грибов и немногих других), обычно же они развиваются только в воздушной среде. Таким рбразом, влияние воды здесь может быть диференцировано в смысле влажности субстрата, которая определяет соответствующее развитие и состояние мицелия, и влажности окружающей атмосферы. Что касается первого (влажности субстрата), то часто для спорообразования оказывается более благоприятной несколько большая сухость или повышенная концентрация п сравнению с тем, что является оптимальным для вегетативного роста. Второе, влажность атмосферы, должно быть как правило высоким, так как грибы большею частью не обладают значительными защитными приспособлениями против испарения и мало приспособлены к проведению воды. У многих форм поэтому уже незначительное понижение влажности воздуха (особенно при движении его) заметно подавляется развитие спороношений; во всяком случае при полном насыщении они образуются обильнее (например у большинства плесеней, из паразитов,— у многих Peronosporaceae и др.). Однако иногда наблюдается и обратное: повышение спорообразования в более сухой атмосфере. Это имеется, например, у Erysiphaceae, где при 55% относительной влажности образуется в два-три раза больше конидий, чем при 85%. Сходное явление наблюдается у Sporodinia grandis, у которой при высокой влажности воздуха спорангии не развиваются (optimum — около 80%, minimum — 40% относительной влажности). Вероятно, в таких случаях повышенное испарение и поэтому большая сосущая сила воздушных органов спороношения более обеспечивают им приток питательных веществ. Наконец, имеется небольшое сравнительно числа грибов, приспособленных к ксерофитным условиям существования. Таковы, например, некоторые наземные почвенные грибы пустынных местностей или песчаных дюн (Podaxaceae, Geaster и др.); далее Schizophyllum commune, Lenzites sepiaria и др., часто встречающиеся на мертвой древесине; наконец, сюда же нужно отнести, вероятно, некоторые из грибов, образующих так называемую «чернь» на листьях наших преимущественно кустарников и деревьев. Все такого рода формы хорошо выдерживают высыхание без потери жизнедеятельности и возобновляют свое развитие во время дождливого периода или вообще увлажнения. Рост их, таким образом, происходит не равномерно, а урывками.
При совместном выращивании различных грибов или грибов и бактерий между ними наблюдаются различные взаимоотношения. В одних комбинациях они не оказывают друг на друга заметного воздействия, в других — наблюдается стимуляция развития одного компонента в присутствии другого, в третьих — имеет место подавление или антагонизм между ними. Специальный интерес представляют два последних случая. Как примеры стимуляции можно привести следующие.
Ascobolus в чистой культуре очень медленно и необильно образует апотеции, но в присутствии некоторых бактерий это происходит быстро и обильно (Molliard, 1903). Образование клейстокарпиев у Aspergillus стимулируется в присутствии Bacillus mesentericus и подавляется в чистой культуре (Sartory, 1916). Thielavia basicola в чистой культуре не дает клейстокарпиев, но образует их в присутствии других грибов, как Cladosporium (Mac Cormick, 1925). Загрязнение культуры Phycomyces обычным плесневым грибом, Penicillium, стимулирует образование спорангиев у первого (Schopfer, 1932). Что касается причин указанных и других им подобных явлений, то возможно, что в разных случаях они не совсем одинаковы. В общем можно думать, что дело сводится здесь к изменениям в составе среды или её реакции, вызываемым другим организмом, а также к выделению им веществ типа биоса. Последнее особенно вероятно для приведенного выше примера о действии Penicillium на Phycomyces. В этом случае Penicillium, хорошо развивающийся на чистой синтетической среде, очевидно способен синтезировать биос, a Phycomyces лишен этой способности.
В качестве примеров антагонизма между грибами можно привести отношение мицелия Sclerotinia trifolii к мицелию мукоровых. При встрече их гиф концы гиф Sclerotinia останавливаются временно в росте, вздуваются и образуют затем многочисленные тонкие ветви, которые оплетают гифы мукора и быстро убивают их своими выделениями. Таким образом, Sclerotinia вытесняет мукор. Наоборот, при встрече ее с Penicillium или Aspergillus, она сама вытесняется последними (Reinhardt2 1892). Гифы обычного почвенного гифомицета, Trichoderma lignorum, вызывают отмирание субстратного мицелия Rhizoctonia solani, причем они даже не приходят с ними в непосредственное соприкосновение, а действуют на расстоянии своими выделениями. Аналогичное действие оказывают и вытяжки из Rhizoctonia (Wendling, 1932). Такой же антагонизм наблюдается иногда и между паразитными грибами, например между Monilia fructigena и Botrytis allii или Botrytis cinerea на яблоках. Аналогичные явления имеют место между грибами и некоторыми почвенными бактериями. При этом бактерии вызывают или только угнетение гриба, или оказывают на него литическое действие, уничтожая мицелий до полного исчезновения. Такие явления лизиса, вызываемого бактериями, наблюдались и по отношению к паразитным грибам, например Ustilago zeae или виды Fusarium (Худяков, 1935).
Явления стимуляции и особенно антагонизма несомненно имеют немалое значение для жизни грибов в природных условиях, где они развиваются не в изоляции чистых культур, а в смеси с другими микроорганизмами. Явлениями антагонизма объясняется, например, распространение Pyronema confluens, которая в природе встречается на почве на месте бывших костров, где действием жара были убиты почвенные бактерии. Также и в культуре этот гриб хорошо развивается на стерилизованной почве и не растет на нестерилизованной. Содержащиеся в последней бактерии (из бесспоровых палочек) являются антагонистами для Pyronema (Новогрудский, 1936). Такое же значение имеют бактерии по отношению к некоторым видам Fusarium или Trichoderma и к таким почвенным паразитам, как Rhizoctonia или Pythium. Все это дает известные перспективы даже для практического применения антагонистов для борьбы с почвенными паразитами из грибов (Новогрудский, 1936).
Эти вещества широко распространены в растительных тканях и являются, вероятно, частой причиной того явления, что рост и развитие грибов на экстрактах растительных материалов нередко происходит значительно лучше, чем на синтетических средах, особенно если последние приготовлены из химически чистых веществ. Гормоны известны главным образом для животных организмов: для растений важнейшее значение имеют гормоны роста, или ауксины, обусловливающие у них явления роста и тропических изгибов. В последнее время выяснена и химическая природа ауксинов. Один из них, ауксин α, получается из мочи человека и имеет состав С18Н32О5, а другой ауксин ɞ, добывается из растительных продуктов (кукурузное масло, солод, и др.) и имеет близкий состав: С18Н30О4. По действию близок к ним, но отличается по химической природе гетероауксин (β — индолилуксусная кислота, С10Н902N). Он вырабатывается преимущественно животными и выделен из мочи человека, но может также образоваться и в растениях, в том числе и в грибах, например в Steragmatocystis niger при питании его органическим азотом или в дрожжах. Физиологическое значение указанных ростовых веществ для грибов остается мало выясненным. Также мало имеется, данных относительно влияния на них более типичных животных гормонов. Впрочем, Имшенецкий показал, что тиреоидин стимулирует копуляцию и прорастание спор у Saccharomycodes Ludwigii и почкование клеток у Mucor Guilliermondii. Значительно больше известно о значении для грибов веществ группы биоса. Они распространены преимущественно в растительных тканях, хотя встречаются и в животных; например, особенно богат ими желток куриного яйца. В последнее время Кеглем (1937) выяснена и химическая природа биоса. Он оказался смесью трех веществ сходного физиологического действия. Из них главнейшее, биосII, или биотин, имеет состав С11H18O3N2. Вещества биоса растворимы в воде и не разрушаются при кипячении и стерилизации. Поэтому они легко переходят в водные экстракты растительных тканей. Многие грибы, повидимому, лишены способности сами вырабатывать биос; к их числу относятся, например, пивные дрожжи, плохо развивающиеся на чисто синтетических средах и очень хорошо — при добавлении растительных водных вытяжек (вытяжка из зерен злаков, солода и пр.). С другой стороны, другие грибы сами вырабатывают вещества типа биоса: к ним относятся, например, Rhizopus suinus и Absidia ramosa, вырабатывающие ризопин, имеющий действие, сходное с биосом, но по химической природе близкйй к гетероауксину. Действие на грибы биоса и близких к нему веществ выражается в резком стимулировании роста и размножения, причем это сказывается уже при крайне низких концентрациях действующего вещества. Понятно, что указанным образом реагируют те грибы, которые сами не вырабатывают биоса. Как пример такой реакции можно привести данные Шопфера относительно Phycomyces blakesleanus. Сравнение развития его на химически чистой и технической мальтозе (получаемой из солода и содержащей биос) показало на последней увеличение веса мицелия в 10 раз против чистой мальтозы, а зиготообразования — с 0 до 750. Аналогичные результаты были получены от прибавления экстракта зародышей пшеницы.
Действие, сходное с биосом, оказывает также анейрин, или витамин В1.
Это вещество по своему распространению преимущественно в растительных тканях и по химической природе близко к биотину (оба принадлежат к серосодержащим аминам; состав биотина — C11H12О3N2S, состав анейрина —C12H20O2N4S).
Обычные источники получения того и другого из растительных продуктов — водные вытяжки дрожжей и оболочек зерен злаков (отруби). Из получаемой смеси анейрин может быть отделен от биотина благодаря своим свойствам нерастворимости в серном эфире и растворимости в 88% этиловом спирте.
По изучению действия анейрина на грибы имеется уже значительный материал, главным образом в работах Шопфера и др., при чем, особенно в более ранних работах, действие анейрина не диференцируется от действия биотина. Из более новых работ можно указать на исследования Шопфера (1936—37 г). В них чистые кристаллические препараты анейрина вызывали очень резкую стимуляцию развития Phycomyces, Ustilago violacea. Особенно интересны в этом направлении работы Фриза (1938). Он исследовал довольно много грибов главным образом из древоразрушителей и почти у всех констатировал резкую стимуляцию от анейрина. В низких концентрациях (несколько миллионных мг анейрина на 25 см3 питательной жидкости) увеличение прироста мицелия оказывается приблизительно пропорциональным содержанию анейрина и определяется у разных грибов коэфициентом, равным от одного до трех миллионов (отношение веса прироста мицелия к весу анейрина). Так же, как и вытяжки растительных тканей, могут действовать на грибы вытяжки почвенного гумуса, который, вероятно, содержит вещества группы биоса, происходящие из растительных остатков или из почвенных грибов и бактерий.
Можно думать, что отношение к биосу имеет большое значение в жизни и распространении грибов. Споры их, подобно семенам высших растений, повидимому, содержат некоторое количество биоса. Поэтому прорастание их и первые стадии развития мицелия обычно не зависят от присутствия этих веществ. Но затем у тех видов, которые лишены способности сами синтезировать биос, развитие может остановиться от своеобразного биосного голода, если они останутся в среде, лишенной готового биоса. Это может ограничивать их распространение в природе. Также, вероятно, отношением к биосу может быть объяснено наблюдаемое нередко, особенно у шляпных базидиомицетов, явление, что споры их гораздо легче прорастают в куче, чем изолированные по одной (например это очень типично для шампиньона). Вероятно, каждая из них имеет слишком мало биоса, а скученные, они обогащают среду этим фактором и делают ее пригодной для прорастания хотя бы некоторых спор. С другой стороны, тот же шампиньон, развиваясь далее в унавоженном субстрате, накопляет в себе биос, так что куски его плодового тела или отвар его также стимулируют прорастание спор. Такое же действие оказывают и отвары плодовых тел или мицелия других видов грибов.
Burgeff (1934) указывает на значение биоса для некоторых паразитных грибов, как Chaetocladium и Parasitella, которые не растут на синтетической среде, но развиваются, если прибавить к ним биоса (в виде вытяжек дрожжей и т. п.).
Возможно, что биос имеет также известное значение в образовании микориз (см. стр. 106). Наконец, в последнее время Сухоруковым выставляется положение, что содержание биоса может быть причиной стойкости некоторых растений по отношению к паразитным грибам, требующим большего содержания биоса, чем они могут найти в данном виде или сорте (по мнению Сухорукова, этим можно объяснить относительную стойкость некоторых сортов моркови к Sclerotinia или плодов арбуза — к Fusarium).
С биосом часто сближаются витамины. Эти вещества в основном растительного происхождения и широко распространены у растений. Содержатся они и в грибах. Однако значение этих веществ для растительного организма, в противоположность тому, что известно для животных, выяснено очень мало. Исключением здесь, кроме выше указанного анейрина (витамин В1) является также аскорбиновая кислота (витамин С). Относительно ее установлено, что она имеет большое значение в окислительно-восстановительных процессах у высших растений. Вероятно такова же ее роль и у грибов.
