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（二）酵母菌的生活史 　　在发酵工业中，酵母属酵母菌是目前最常用酵母，其生活史见酿酒酵母。这种酵母在平时一般以双倍体细胞形式存在，以无性的芽殖进行繁殖，它们在产子囊孢子培养基上会形成1～4个子囊孢子，所以会以单倍体细胞的形式存在。在单倍体细胞接触时，它又能经质配和核配重新产生双倍体细胞活动于自然界，这是一种单、双倍体同时存在的酵母。 　　以八孢裂殖酵母为例，这是一种以单倍体的细胞形式存在的生活史，其双倍体世代存在时间通常很短，仅在两个单倍体细胞和它们的核接合之后，以接合子形式存在。 　　路氏类酵母是以双倍体细胞为主要存在形式，子囊孢子在子囊内就成对结合，单倍体的形式存在时间很短。图2-81是三种类型酵母菌的生活史。

图2-81　三种类型酵母菌的生活史

（三）几种典型酵母菌的菌落形态 几种典型酵母菌的菌落形态如图2-82所示。

图2-82　几种典型酵母菌的菌落形态

A深红酵母（Rhodotorula rubra）； B玫红法佛酵母（Phaffia rhodozyma）； C大型罗伦隐球酵母（Cryptococcus laurentii）； D美极梅奇酵母（Metschnikowia pulcherrima）； E浅红酵母（Rhodotorula pallida）； F酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）； G产朊假丝酵母（Candida utilis）； H出芽短梗霉（Aureobasidium pullulans）；　 I多孢丝孢酵母（Trichosporon cutaneum）； J荚复膜孢酵母（Saccharomycopsis capsularis）； K解脂复膜孢酵母（Saccharomycopsis lipolytica）； L季也蒙有孢汉逊酵母（Hanseniaspora guilliermondii）； M碎囊汉逊酵母（Hansenula capsulata）； N卡氏酵母（Saccharomyces carlsbergensis）； O鲁氏酵母（Sarcharomyces rouxii） 四、酵母菌的分类 酵母菌属于真菌门的子囊菌纲和不完全菌纲。酵母菌的分类较复杂，既要根据其形态特征，又要依据其生理生化特征。 （一）酵母菌分类和鉴定的程序 1.营养性繁殖和生长特性 1）营养性繁殖特点。 2）营养细胞生长特点：①在液体和固体培养基上生长的细胞形态；②假菌丝和真菌丝的形成；③无性内生孢子的形成；④厚垣孢子的形成；⑤掷孢子的形成。 3）细胞壁和横隔的结构。 2.有性特征 1）子囊孢子的形成。 2）担孢子的形成。 3.生理生化特征 1）碳源的利用：①碳源的发酵；②碳源的同化；③熊果苷（arbutin）的分解。 2）氮源的同化。 3）无维生素培养基的生长及需要的维生素。 4）在50％葡萄糖-酵母汁琼脂和含5％葡萄糖酵母氮基（yeast nitrogen base）中加入10％NaCl的生长。 5）在37℃和其他温度条件下的生长，致死温度。 6）自葡萄糖产酸的情况。 7）淀粉利用试验。 8）脲酶试验。 9）脂肪的分解。 10）酯的产生。 11）放线菌酮的抗性。 12）在1％醋酸中的忍受力。 13）明胶液化。 14）DBB（重氮蓝B）颜色试验。 15）G＋C的分子百分比。 16）辅酶Q的结构。 17）核的染色。 18）TTC培养。 （二）酵母鉴定工具书 1）Barnrtt JA et al．，Yeast，characteristics and identification，Cambridge University Press，Cambridge，1983。 2）中国科学院微生物研究所常见常用真菌编写组，常见常用真菌，北京：科学出版社，1973。 （三）常见酵母菌的简捷分类 主要通过观察菌落及用显微镜观察细胞进行分类。常见酵母的简捷分类如图2-83所示。

图2-83　常见酵母的简捷分类

（四）酵母菌与细菌异同 酵母菌与细菌的异同如表2-15所示。 表2-15　酵母菌与细菌的异同 特征 酵母菌 细菌 细胞形态 一般为单细胞，呈球形、卵形、椭圆形也有腊肠形等。有的有假菌丝或真菌丝 单细胞，呈球形或杆状 细胞大小 一般细胞直径或宽度为3～6μm，长度为几十微米 一般细胞直径或宽度为0.3～0.6μm，比酵母小得多 菌落形态 一般有奶油状的单细胞集群、有光泽或光滑、黏稠，易挑起 一般为易挑起的单细胞集群，有各种颜色，表面特征各异 繁殖方式 一般为芽殖，少量为裂殖、有的具有性繁殖 一般为裂殖 细胞结构 具有完整的细胞核和线粒体等，细胞壁组成主要为葡萄糖和甘露聚糖等 只含有核质体，细胞壁组成主要为肽聚糖、脂多糖等 生长pH值 偏酸性 中性偏碱

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五、发酵工业中常用常见的酵母菌 （一）酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae） 这是发酵工业上最常用的菌种之一（图2-84）。按细胞长与宽的比例可将其分为三组。 1）细胞多为圆形或卵形，长与宽之比为1～2。这类酵母除了用于酿造饮料酒和制作面包外，还用于乙醇发酵。其中德国2号和12号（RasseII和RasseXII）最有名，但因其不能耐高浓度盐类，故只适用于以糖化的淀粉质为原料生产乙醇和白酒。 2）细胞形状以卵形和长卵形为主，也有些圆形或短卵形细胞，长与宽之比通常为2。常形成假菌丝，但不发达也不典型。这类酵母主要用于酿造葡萄酒和果酒，也可用于酿造啤酒、蒸馏酒和酵母生产。葡萄酒酿造业称此为葡萄酒酵母（Sac．ellisoideus）。 3）大部分细胞长宽之比大于2，它以俗名为台湾396号酵母为代表。我国南方常将其用于糖蜜原料生产乙醇。其特点为耐高渗压，可忍受高浓度盐类。该酵母原称魏氏酵母（Sac．willanus）。

图2-84　酿酒酵母

在啤酒酿造中最早采用的酵母是卡尔斯伯啤酒厂的E．C．Hansen（1842～1909年）在1883年分离的卡尔斯伯酵母（Saccharomyces carlsbergensis），这是一种底面发酵酵母。酿酒酵母也可用于啤酒酿造，但属上面发酵酵母，这两种酵母发酵的过程和啤酒风味都有所不同。 　　目前在分类上皆采用酿酒酵母的学名。 　　底面发酵酵母其细胞为圆形或卵圆形，直径为5～10μm。它与酿酒酵母在外形上的区别是，卡氏酵母部分细胞的细胞壁有一平端。另外，温度对这两类酵母的影响也不同。在高温时，酿酒酵母比卡氏酵母生长得更快，但在低温时卡氏酵母生长较快。酿酒酵母繁殖速度最高时的温度为33℃，而卡氏酵母需在36℃。但在8℃时卡氏酵母较酿酒酵母繁殖速度几乎快一倍。 （二）异常汉逊酵母（Hansenula anomala） 　　细胞为圆形，直径4～7μm，椭圆形成腊肠形，大小为（2.5～6）μm×（4.5～20）μm，甚至有长达30μm的长细胞，多边芽殖，发酵，液面有白色菌醭，培养液混浊，有菌体沉淀于管底（图2-85）。 　　生长在麦芽汁琼脂斜面上的菌落平坦，乳白色，无光泽，边缘呈丝状。 　　在加盖片的马铃薯葡萄糖琼脂培养基上培养，能生成发达的树状分枝的假菌芽生孢子圆或椭圆形。菌丝顶端的细胞很长，可达20μm。

图2-85　异常汉逊酵母

子囊是由细胞直接变成的。每个子囊有1～4个（多为2个）帽形孢子，子囊孢子由子囊内放出后常不散开。 　　从土壤、树枝、树木中流出的汁液、储存的谷物、青储饲料、湖水或溪水、污水和蛀木虫的粪便中，都曾分离到异常汉逊酵母。 　　由于异常汉逊酵母能产生乙酸乙酯，故它常在调节食品的风味中起到一定作用。如将其用于无盐发酵酱油可增加香味，有的厂还用这种菌参与以薯干为原料的白酒的酿造，采用浸香和串香法可酿造出比一般薯干白酒味道醇和的白酒。它氧化烃类的能力较强，能利用煤油，可以用乙醇和甘油作为碳源，在100mL无机盐合成培养基（以3g硫酸铵为氮源）中，逐步加入6mL乙醇（每次加2mL），经6天培养可得3.9g菌体。不少真菌在培养液中能积累游离氨基酸，其中异常汉逊酵母积累L-色氨酸更为突出。 （三）粟酒裂殖酵母（Schizosaccharomyces pombe） 　　细胞呈圆柱形或圆筒形，末端圆钝，也有的呈椭圆形，大小为（3.55～4.02）μm×（7.11～24.9）μm。营养繁殖为裂殖，无真菌丝，无醭，在麦芽汁中能发酵，液体混浊有沉淀（图2-86）。 　　培养在麦芽汁琼脂斜面上的菌落为乳白色，光亮、平滑、边缘整齐。 　　在加盖片的马铃薯葡萄糖琼脂培养基上培养不生成假菌丝，也无真菌丝。 　　子囊由两个营养细胞接合后形成，每个子囊有1～4个光面的圆形子囊孢子，大小为3～4μm。

图2-86　粟酒裂殖酵母

该酵母最早是从非洲粟酒中分离出来的，以后不同的人曾多次在甘蔗糖蜜中将它分离出来，在水果上也常能发现它。 　　有人曾对在用菊芋（鬼子姜）制成的未水解糖液中粟酒裂殖酵母的发酵能力进行研究，结果发现，由此可得到产量很高的乙醇。 （四）黏红酵母黏红变种（Rhodotorula glutinis） 　　细胞呈卵形到球形，大小为（2.3～5.0）μm×（4.0～10）μm，某些菌株细胞较长，可达12～16μm，其宽度可增到7μm（图2-87）。 　　在麦芽汁琼脂斜面上培养，细胞较液体麦芽汁中小一些，有时也长一些。在斜面上培养一个月以上，菌苔呈现珊瑚红到橙红色或微带橘红色；表面由光滑到褶皱，有光泽，质地黏稠有时发硬；其横切面扁平，有较宽的凸起部分，边缘由不规则到整齐，顶端常有较原始的假菌丝。 　　在加盖片的玉米粉琼脂培养基上培养，通常无假菌丝或只是较原始类型的假菌丝，但偶尔也有某些菌株的假菌丝很发达，有时甚至出现真菌丝。 　　人们曾从空气、水、花、土壤、鳟鱼肠道、泡菜水、腌小虾、榆树叶的液汁、白杨树的黏液中分离出黏红酵母。 　　这个种能氧化烷烃，是较好的产脂肪菌种。据报道，其脂肪含量可达干物重量的50％～60％，但合成脂肪速度缓慢，如在培养液中添加氮和磷，则可增大合成速度。产1g脂肪约需4.5g葡萄糖，在一定条件下，还可产生L-丙氨酸和L-谷氨酸。其产蛋氨酸的能力很强，蛋氨酸的产量可达干重的1％。

图2-87　黏红酵母

（五）产朊假丝酵母（Candida utilis） 　　细胞呈圆形、椭圆形或圆柱形（腊肠形），大小为（3.5～4.5）μm×（7～13）μm，无醭，管底有菌体沉淀，能发酵。 　　培养在麦芽汁琼脂斜面上的菌落为乳白色，平滑，有光泽或无光泽，边缘整齐或呈菌丝状。 　　在加盖片的玉米粉琼脂培养基上培养，仅能生些原始假菌丝，或不发达的假菌丝，或无假菌丝；不产生真菌丝。 　　有人曾从酒坊的酵母沉淀、牛的消化道、花、人的唾液中分离出产朊假丝酵母。 　　在微生物蛋白中，人们研究得最多的是酵母蛋白。其中以产朊假丝酵母和啤酒酵母是最常用的，而产朊假丝酵母的蛋白质含量和维生素B含量均比啤酒酵母高，它能够以尿素和硝酸作为氮源，在培养基中不需要加入任何刺激生长的因子即可生长。特别重要的是，它能利用五碳糖和六碳糖，既能利用造纸工业的亚硫酸废液，也能利用糖蜜、马铃薯淀粉废料、木材水解液等生产出人畜可食的蛋白质。在工业生产酵母时，一般不用淀粉废料，即使需要利用时，也常常要将能分泌淀粉酶的肋状拟内孢霉（Endomycopsis fibuliger）或柯达氏拟内孢霉（Endomycopsis chodati）同时加入培养，这样，产朊假丝酵母便可利用拟内孢霉分解淀粉所产生的糖作为其菌体生长的碳源。 （六）白地霉（Geotrichum candidum） 　　28～30℃在麦芽汁中培养1天，产生白色醭，呈毛绒状或粉状，韧或易碎。具有真菌丝，有的有两叉分枝，横隔多或少，菌丝宽2.5～9μm，一般为3～7μm，裂殖，节孢子单个或连接成链，呈长筒形、方形，也有椭圆形或圆形，末端圆钝。节孢子绝大多数为（4.9～7.6）μm×（5.4～16.6）μm（图2-88）。 　　28～30℃在麦芽汁琼脂斜面划线培养3天，菌落白色，呈毛状或粉状，皮膜型或脂泥型。菌丝及节孢子的形状与麦芽汁中的近似。 　　28～30℃在麦芽汁琼脂上悬滴培养14h，节孢子发芽形成菌丝，有横隔，悬滴边缘处有的菌丝断裂为节孢子；22h后一部分菌丝末端断裂成节孢子。 　　25～28℃在麦芽汁琼脂上的巨大菌落，经培养3天后，直径为30～40mm，5天达50～70mm；培养5天的菌落为白色，呈绒毛状或粉状。 　　此菌能水解蛋白，其中多数能液化明胶及胨化牛奶，少数则只能胨化牛奶，但不液化明胶；其生长最高温度为33～37℃。 　　从动物粪便、有机肥料、烂菜、蔬菜、青菜、树叶、青储饲料、泡菜及土壤垃圾中都可分离到白地霉。其中以烂菜上分布最多，肥料和动物粪便次之。 　　白地霉的营养价值并不比产朊假丝酵母差，因此可供食用及用作饲料，也可用于提取核酸。白地霉还可合成脂肪，但产量不如红酵母、脂肪酵母等高。

图2-88　白地霉

（七）粉状毕赤酵母（Pichia farinosa） 　　毕赤酵母属细胞形状多样，多边出芽；能形成假菌丝，常有油滴，表面光滑，发酵或不发酵，不同化硝酸盐，能利用正癸烷及十六烷，可发酵石油以生产单细胞蛋白，在酿酒业中为有害菌，代表种为粉状毕赤酵母（Pichia farinosa）（图2-89）。 　　粉状毕赤酵母是最近迅速发展的一种基因工程表达宿主，它有许多优点：①含特有的AOX（醇氧化酶基因）启动子，用甲醇可以严格地调控其表达；②有完备的发酵方法，可以高密度连续培养，其转化子能够非常稳定地表达外源蛋白质，蛋白产量高；③适应能力强，易于操作，可以在廉价的非选择性培养基中生长；④基因表达产物既可在胞内，又可被分泌到胞外，分泌的异源蛋白质占所有被分泌蛋白的30％以上，利于工业规模的生产；⑤能对要表达的多肽和蛋白质进行翻译后加工处理。利用重组的基因工程毕赤酵母已高效表达植酸酶。 　　毕赤酵母是一种甲醇酵母，对外源蛋白的糖基化等更接近于哺乳动物细胞，而目前较为广泛使用的酿酒酵母则往往出现过度糖基化，这些都是毕赤酵母日益受到重视的主要原因。其表达系统已经迅速地成为重要的蛋白质表达系统之一，现广泛使用于各类实验室。 　　用毕赤酵母表达蛋白水平高出酿酒酵母10～100倍，又适用于高密度发酵，因此更适用于工业化生产。 （八）产甘油假丝酵母（Candida glycerinogens） 　　细胞圆筒形、卵圆形，大小为（2.5～4.4）μm×（4.4～12.0）μm，菌落为干燥、灰白、平薄。芽殖，易形成假菌丝，不产生子囊孢子（图2-90）。线粒体DNA分子量为20kb左右，符合假丝酵母属典型特征。碳源主要是葡萄糖、蔗糖和乙醇，对甘油、柠檬酸微弱且利用缓慢，不能同化肌醇、赤藓醇、阿拉伯醇、甘露醇及硝酸盐，与DBB显色反应为阴性。该菌具有独特的生理生化特征，该菌株厌氧时仅对葡萄糖微发酵，对麦芽糖、蔗糖、乳糖和半乳糖不发酵，同化葡萄糖，但不同化麦芽糖、蔗糖、乳糖和半乳糖，能同化乙醇和烃类，生长不需要外源维生素；在25℃、30℃、37℃及40℃下生长；在含500g/L葡萄糖的培养基及10mL/L醋酸的培养基中良好生长，最低生长水活度为0.890。它具有合成并分泌高浓度甘油的特性，是目前我国用于发酵甘油工业化生产的优良菌株。该菌株甘油产率高，工业化生产也已经达到100～130g/L；耐高渗压，可以在含500g/L葡萄糖的培养基中生长，因而发酵过程很少出现染菌，发酵条件粗犷；耗糖转化率达60％以上。 　　该菌株与克鲁斯假丝酵母（Candida krusei）多处相似，早期曾定名克鲁斯假丝酵母。

图2-89　粉状毕赤酵母 图2-90　产甘油假丝酵母细胞和假菌丝

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第五节　霉 菌 　　霉菌（mold）也称小型丝状真菌，与酵母同属。凡生长在可利用基质上形成绒毛状、网状或絮状菌丝体的真菌，除少数外都称为霉菌。 　　霉菌是一类形成菌丝体的真菌的俗称，霉菌菌丝通常有两种，一种是以在培养基内吸收营养为主的菌丝，称为营养（基内）菌丝；另一种是长在空气中的菌丝，称为气生菌丝，部分气生菌丝后来分化为孕育菌丝，在这点上与链霉菌很相似。在分类上霉菌则分属于藻状菌纲、子囊菌纲和半知菌类。 　　藻状菌纲（Phycomycetes）是最低级的真菌，在结构和繁殖的方式上像绿藻，但不含叶绿素，以寄生或腐生生活，大多数藻状菌是水生的或栖居在土壤中。一些陆生的藻状菌是农作物上危害性极大的寄生菌，有少数可用于工业发酵。 　　子囊菌纲（Ascomycetae）有时又称为高等真菌。从它们复杂的结构来看，较之藻状菌进化得多，有可能是从藻状菌演变而来的。从经济观点看，子囊菌是一类很重要的真菌。 　　半知菌类（Fungi Imperfecti）也称不完全菌，是一类缺乏有性阶段的真菌。大多数半知菌的分生孢子阶段和某些熟知的子囊菌的分生孢子阶段极其相似，因此可以大体说半知菌代表着子囊菌的一个阶段，是子囊菌的分生孢子阶段（无性阶段），它们的有性阶段未曾发现或已消失。很多半知菌具有重要的经济价值。 　　霉菌是人们早就熟知的一类微生物，它在自然界广为分布，与人类日常生活关系密切。在传统发酵中，霉菌多用于酱与酱油酿造、豆腐乳发酵和酿酒等，在近代发酵工业中，不少霉菌具有较强与较完整的酶系，它们不仅可以直接发酵生产糖化酶和蛋白酶类等，还可以淀粉为直接基质发酵生产柠檬酸等有机酸。此外，青霉素亦是用霉菌来生产的。当然霉菌是一类腐生或寄生的微生物，能引起许多基质，如木材、橡胶和食品等发生“霉变”，这也可能是霉菌这一名称的来由；由霉菌引起的动、植物病害为数也不少。

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一、藻状菌纲 （一）菌丝的形态与结构 　　藻状菌的菌丝是典型的无隔多核的菌丝（图2-91），但是隔膜并非完全没有。例如，在每个生殖部位的基部都会形成隔膜；有些种类的老菌丝上可以形成隔膜，在少数藻状菌年幼的菌丝上也可以经常地形成隔膜。在培养基中加入少量的有毒化学物质，有时也可以在正常无隔的菌丝体上诱生隔膜，藻状菌的隔膜是整片的平板。菌丝的细胞壁主要由几丁质组成，菌丝是从顶端生长来长大的，没有隔膜的菌丝形成一个含有许多核的大细胞。 菌丝都是由孢子发芽形成的（图2-92）。

图2-91　藻状菌的无隔多核菌丝 图2-92　孢子发芽形成的菌丝

（二）藻状菌的完整个体形态与结构 　　藻状菌的完整个体形态有几类，现主要以发酵工业中毛霉目为例进行描述。 毛霉目（Mucoraceae）的菌丝体由典型的藻状的菌丝所组成，粗壮，生长良好，有大量分枝。较老的菌丝逐渐具有很多空泡，并有形成褐色色素和分隔的倾向。有时菌丝体会产生假根，尤其是在菌丝体与硬面接触的地方，如长在生长着这种菌类的玻璃皿的边缘上。假根附着在基物上，能起到稳定菌体的作用，连接两丛假根的菌丝叫做匍匐枝或假枝。 （1）根霉属（Rhizopus） 　　根霉在培养基上或自然基物上生长时，由营养菌丝体产生弧形的匍匐菌丝，向四周蔓延，并由匍匐菌丝生出假根，再接触基物（图2-93）。与假根相对，向上生出孢囊梗，顶端形成孢子囊，内生孢囊孢子。根霉的菌丝体虽然向四面八方蔓延生长，但是其菌丝内部常无隔膜，只有在匍匐菌丝上形成厚垣孢子时，才发生横隔。孢子囊成熟后，孢囊壁消解或成块破裂，囊轴明显，呈球形或近似球形，囊轴基部与柄相连处成囊托（图2-94）。

图2-93　根霉形态模式图 图2-94　根霉形态和囊托照片

孢囊孢子呈球形、卵形或不规则，或有棱角，或有线状条纹，无色或浅褐色、蓝灰色等。 　　根霉属分类的主要形态依据为：孢囊梗长或短，成簇或单生，不分枝或分枝，直立或弯曲；孢子囊、囊轴、孢囊孢子等的形状、大小，以及孢囊孢子有或没有明显的线状条纹，假根发达或不发达，有无厚垣孢子，菌丝和各部分的色泽；菌落生长情况；生长所适应的温度范围等。 （2）毛霉属（Mucor） 　　毛霉的菌丝体在基物上或基物内能广泛蔓延，无假根和匍匐菌丝，孢囊梗直接由菌丝体生出（图2-95）。一般单生、分枝，较少不分枝。分枝大致有两种类型：一为单轴式，即总状分枝，一为假轴状分枝。分枝顶端都生孢子囊，孢子囊呈球形，囊壁上常带有针状的草酸钙结晶。大多数种的孢子囊成熟后，其壁易消失或破裂，而且留有残迹，称为囊领。囊内部有囊轴，形状不一。囊轴与孢囊梗相连接处无囊托。毛霉属是该目中较大的一个属，约60多种，其分类依据除假根外近似根霉，但毛霉孢囊梗分枝的类型、成熟的孢囊壁消解或破裂、菌落的颜色、气生菌丝的高度等都是重要的特征。 （3）犁头霉属（Absidia） 　　犁头霉的菌丝体近似根霉，它们也产生弧形的匍匐菌丝，向四周蔓延，并且在同基物接触点上生出多少带有分枝的假根，但是它与根霉又有差异：它们的孢囊梗散生在匍匐菌丝中间，而假根并不对生；孢囊大都是2～5个成簇生长；很少单生，而且常呈轮状或不规则的分枝，孢子囊顶生，多呈洋犁形（图2-96）。孢子囊壁薄，成熟后易消失，有残留的囊领。在孢子囊基部有明显的囊托，即孢子囊壁与囊轴汇合处有呈漏斗状的基部。囊轴呈锥形、近球形或其他形状，顶端有时可以有乳头状突起，此突起有时很长呈刺状。该属中已描述过的霉菌约有30种，它们广泛分布在土壤、各种粪便和酒曲中。在发酵工业上它们对甾族化合物的转化有广泛的用途。

图2-95 毛霉孢子囊柄的着生与菌丛（受限制生长）的照片 图2-96　犁头霉形态 根霉属、毛霉属和犁头霉属的个体形态特征见图2-97。 图2-97　根霉属、毛霉属和犁头霉属的个体形态特征 C为中轴体，S为孢囊，SP为孢囊孢子，SPH为孢囊柄

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（三）藻状菌的繁殖方式和生活史 藻状菌具有性和无性繁殖。 1.有性繁殖 藻状菌的有性孢子特性如表2-16所示。 表2-16　藻状菌的有性孢子特性 有性孢子的名称 染色体倍数 有性结构及其形成特性 举例 所述分类地位 卵孢子 2n 由两个大小不同的配子接合后发育而成，小配子囊称雄器，大配子囊称藏卵器 同丝水霉 小霉目 接合孢子 2n 两个配子囊接合后发育而成，有两种类型： ①异宗接合：两种不同质的菌才能结合； ②同宗接合：同一菌体的菌丝可自身结合 高大毛霉性殖根霉 毛霉目

（1）卵孢子 　　卵孢子（oospore）是由两个大小不同的配子囊结合后发育而成的。其小型配子囊称为雄器，大型的称为藏卵器。藏卵器中的原生质在与雄器配合以前，往往又收缩成一个或数个原生质团，名叫卵球。当雄器与藏卵器配合时，雄器中的内含物细胞质与细胞核通过受精管进入藏卵器与卵球配合，此后卵球生出外壁即成卵孢子。图2-98为卵孢子产生的过程。

图2-98　卵孢子产生的过程

藻状菌中除毛霉目外，许多菌的有性繁殖方式是产生卵孢子。 （2）接合孢子 　　接合孢子（zygospore）是由菌丝生出形态相同或略有不同的配子囊接合而成的。两条相邻的菌丝相遇，各自向对方产生出极短的侧枝，称为原配子囊。原配子囊接触后，顶端各自膨大并形成横隔，分隔成一个称为配子囊的细胞。配子囊下面的部分称为子囊柄。相接触的两个配子囊之间的横隔消失，其细胞质与核互相配合，同时外部形成厚壁，此即接合孢子。这是毛霉目中的菌类产生有性孢子的形式。图2-99是毛霉属的接合孢子的形成过程。图2-100为根霉属的接合孢子的照片。

图2-99　接合孢子的形成过程 图2-100　根霉属的接合孢子

菌丝与菌丝间的吻合有两种情况，一种是单一的孢囊孢子萌发后产生菌丝，当两根菌丝靠近时，便长出配子囊，经接触后产生接合孢子，甚至在同一菌丝的分枝上也会接触而成接合孢子，这种方式称为同宗接合；第二种则需要两种不同菌系的菌丝相遇后才能形成接合孢子，而这两种有亲和力的菌系在形态上并无区别，所以常用“＋”和“-”来代表。这种产生接合孢子的方式称为异宗接合。毛霉目中大多数的种都属异宗接合。 2．无性繁殖 藻状菌的无性孢子特性如表2-17所示。 表2-17　藻状菌的无性孢子特性 孢子名称 染色体 倍数 内生 或外生 形成特征 孢子形态 举例 厚膜孢子 n 外生 部分菌丝细胞变圆、原生质浓缩，周围生出厚壁而成 圆形、柱形等 总状毛霉 孢囊孢子 n 内生 形成于菌丝的特化结构——孢子囊内 近圆形 根霉、毛霉 游动孢子 n 内生 有鞭毛能游动的孢囊孢子 圆、梨、肾形等 壶霉

（1）游动孢子（zoospore） 　　藻状菌水霉目的无性繁殖方式是在菌丝顶端产生棒形的孢子囊。孢子囊成熟后，由孢子囊顶端的小孔释放出大量带有顶生两根鞭毛的梨形游动孢子（图2-101）。

图2-101　游动孢子的形成

（2）孢囊孢子（sporangiospore） 　　这是毛霉目有关属的无性繁殖方式。它是由菌丝形成孢囊梗，其顶端发育成孢子囊，孢囊的原生质分裂成小块的单核或多核部分，围绕着这些小块自生成一个壁，于是就产生孢囊孢子。孢子囊成熟后孢囊壁破碎，释放出孢囊孢子（图2-102）。孢囊孢子的形状、大小、纹饰因种而异。

图2-102　孢子囊及释放出孢囊孢子

其他如厚垣孢子，是毛霉目的一种菌丝孢子，这是一种在菌丝的某一部分形成厚壁的休眠体，它可用芽生法繁殖（图2-103）。

图2-103　厚垣孢子

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（四）生活史 　　藻状菌的生活史与其他微生物一样，包括了它的无性世代和有性世代。但在发酵工业上常见的藻状菌，在生产上起作用的一般是它的无性世代。下面以黑根霉（Rhizopus nigricans）为例加以说明。 　　孢囊孢子在孢子囊壁消解时被释放出来，在适宜条件下，孢子用芽管发芽，发展成棉絮状且分枝很多的白色气生菌丝。菌丝产生很多匍匐菌丝，它们在某些点上形成假根，直接在假根的上方产生一根或多根孢囊梗，孢囊梗成熟时顶端膨大，开始形成孢子囊，在它形成的过程中，大量的细胞质带着许多细胞核流到这个年幼的孢子囊里去，主要集中在它的外围。孢子囊的中心逐渐形成很多空泡，最后被一个壁包围起来，并与外围分隔开来，这个中心部分即囊轴，外围即孢子囊产生孢子的部分。外围部分的原生质很快分为许多多核的小块，后来变圆，被一个壁所包围，成熟时即成孢囊孢子。孢囊壁胀裂后把孢子释放出来，其无性世代即结束。 　　黑根霉的有性繁殖需要有两个生理上不同而有亲和力的“＋”及“-”的菌丝体，即异宗接合，当两个相反的宗系彼此接触时，就产生称为原配子囊的接合枝。大量的原生质和很多的细胞核流到正在开始膨大的这些器官互相接触的顶部去，接着在靠近原配子囊顶端的地方各自形成一个分隔，把它分为两个细胞，即一个顶生配子囊和一个配囊柄细胞。两个互相接触的配子囊的壁在接触处消解，两者的原生质相混合，细胞核成双配对，一个为“＋”，一个为“-”。每对细胞核的两个核结合而成二倍体的细胞核，没有结合的细胞核可能就消解掉了。此时两个配子囊接合所形成的新细胞膨大了许多，壁渐变厚，表面变黑和成瘤状，这个厚壁的结构就是接合孢子。在经过一段休眠期后，接合孢子在发芽过程中进行减数分裂，长出孢囊梗。其顶端再发展即成孢子囊，叫做“接合孢子囊”。其形成的孢子囊孢子具有两种接合型，这有别于无性循环中一个孢子囊只产生一种类型的孢子（图2-104）。

图2-104　黑根霉的生活史

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二、子囊菌纲和半知菌类 （一）菌丝的形态与结构　　 　　有隔膜的菌丝的每个细胞内可含一个，两个或多个核。 　　子囊菌（ascomycetes）和半知菌（fungi imperfect）的菌丝是典型的有隔菌丝形成多细胞（图2-105）。通常一个菌丝细胞只有一个核，但多核的菌丝也十分普遍，但这类菌的隔膜中央常有孔，此孔可以使原生质从一个细胞流入另一个细胞，从而使菌丝的各部分之间有机的联系起来。菌丝细胞壁的一部分是由几丁质组成的，霉菌的菌丝也是由孢子发芽形成的。

图2-105　子囊菌纲和半知菌类的菌丝

（二）子囊菌和半知菌的完整个体形态与结构 　　这类菌的完整个体形态名目繁多，现主要以发酵工业中常用的霉菌中的红曲霉属、曲霉属、青霉属等为例进行描述。 1.红曲霉属（Monascus） 　　红曲霉是具有有性与无性繁殖的子囊菌。 　　红曲霉在麦芽汁琼脂上生长良好，菌落初为白色，老熟后变为淡粉色、紫红色或灰黑色等，因种而异。通常这类菌都能形成红色色素，甚至分泌到培养基中(图2-106)。 　　菌丝具有横隔，多核，分枝甚繁，且不规则。细胞幼时含有颗粒，老后含空泡及油滴，曲丝体不产生与营养菌丝有区别的分布孢子梗。分生孢子着生在菌丝及其分枝的顶端，单生或以向基式生出，2～6个成链。闭囊壳呈球形，有柄，柄的长短不一。闭囊壳内散生十多个子囊，子囊呈球形，每个子囊含8个子囊孢子，成熟后子囊壁解体，孢子留在薄壁的闭囊壳内（图2-107）。

图2-106　红曲霉属中不同种的菌落形态与色素 图2-107　红曲霉分生孢子和产囊器的形成及产囊器照片

红曲霉是腐生菌，嗜酸，特别喜乳酸，耐高温，耐乙醇，它们多出现在乳酸自然发酵的基物中。大曲、制曲作坊，酿酒醪液、青储饲料、泡菜、淀粉厂等都是适于它们繁殖的场所。 　　红曲霉能产生淀粉酶、麦芽糖酶、蛋白酶、柠檬酸、琥珀酸、乙醇、麦角甾醇等。有些种产生鲜艳的红曲霉红色素和红曲霉黄色素，所以我国多用它们培制红曲。近年来还发现某些红曲霉菌株能高产具有降血脂功能的洛伐他汀。

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已描述过的红曲霉有17种，然而其中有些种的界限不明确。 2.曲霉属（Asperillus） 　　此属菌在自然界分布极广，从两极到热带都有，几乎在一切类型的基质上都能出现，其多数属半知菌类。某些嗜高渗透压的种在相对湿度70％左右也能发育生长。在湿热的条件下，它常能引起皮革、布匹及其他工业产品严重生霉变质，许多种能引起食物和饲料霉腐变质，有的甚至产生毒素。在试验室中引起污染，造成工作中的麻烦。还有一些能使人及动物致病，称为曲霉病害。由于它们具有很强的酶活性，故又可用于许多工业生产。我国自古以来就利用曲霉做发酵食品。例如，利用米曲霉、黄曲霉群的一些菌系的蛋白质分解能力生产酱和酱油，利用黑曲霉的糖化能力制糖等。现在发酵工业生产中利用曲霉生产柠檬酸、葡萄糖酸及其他有机酸类和化学药品。酶制剂的生产也是极为重要的一项，通过菌种的选育，得到了不少优良菌系。 　　此属菌的营养菌丝体由具有横隔的分枝菌丝构成，无色或有明亮的颜色，有少数类型可在局部缓慢地呈现褐色或其他颜色，一部分埋伏型，一部分气生型。可孕性分枝，即分生孢子梗，是从特化了的厚壁而膨大的菌丝细胞（足细胞）生出（图2-108右），并略垂直于足细胞的长轴。分生孢子梗大部分无横隔，光滑，粗糙或有痣点，常在顶部膨大形成棍棒形、椭圆形、半球形或球形的顶囊。顶囊表面产生小梗，小梗或平行簇生于顶囊顶部，或自顶囊全部表面呈放射状生出。小梗单层或双层。双层时，下面一层称为梗基或初生小梗，它是上大下小的柱形细胞，每个梗基上再着生两个或几个小梗，称为次生小梗。无论是梗基还是小梗，都是由顶囊表面同时产生的。分生孢子自小梗顶端相继形成（不是以出芽的方式），具有各种形状、颜色和纹饰，最后成为不分枝的链（图2-109，图2-110）。

图2-108　曲霉菌洗去分生孢子的分生孢子头和足细胞照片 图2-109　曲霉属形态

由顶囊、小梗以及分生孢子链构成分生孢子头。分生孢子头具有不同的颜色和形状，如球形、放射形、棍棒形和直柱形等（图2-111）。 　　仅少数种能形成有性阶段，产生子囊果，是封闭式的，称为闭囊壳，壁薄，在几周内产生子囊和子囊孢子。某些种产生或偶尔产生菌核及类菌核结构，多为球形或近似球形。少数种可以产生不同形状的壳细胞（图2-112）。 　　此属菌的菌落颜色多样，而且比较稳定，因而颜色是其分类的主要依据之一。分类的其他依据是：分生孢子头和顶囊的形状、大小，分生孢子梗的长度和表面特征，小梗的着生方式和大小；分生孢子和子囊孢子的形状、颜色、大小和纹饰等。鉴定时应以察氏琼脂培养基培养作为标准。培养温度一般为28～30℃，时间为10～14天，少数产生闭囊壳的菌种如灰绿曲霉需要2～3周或更长的时间。

图2-110　曲霉分生孢子头丛俯视及正视照片 图2-111　不同颜色与形态的曲霉菌落照片 图2-112　灰绿曲霉的闭囊壳及压碎后散出的子囊照片

在鉴定曲霉时，某些种具有明确而稳定的形状，其单一菌系可用明确的术语描述，而另一些菌系则很符合这些描述，但是往往会遇到这样的情况：不同的菌系形态虽然相似，但在细微部分则有相当大的差异。在菌系较少时，这种差别还可看出来，但在菌系较多时，由于形态特征的渐变，致使这种差别不易觉察出来。为了避免对每个分离出的菌系都给以命名，最好应用“种群”的概念，即将密切相关的菌系集合为“种群”。由于自然界的大部分生物都有某些变异的趋势，因此应将某些常见而广泛分布的霉菌包括在与其略有差异的菌系内，这种差异的幅度对某些菌较小，而对另一些菌则较大，所以将它们集合为“种群”是符合客观情况的。值得注意的是任何系群中所承认的种不过是代表着接近于中心点的菌系，环绕着它集合了许多不同的菌系，理解了“种群”的含义就不会因遇到的菌种与发表种的描述有些不符而无所适从了。 　　目前有学者将曲霉属分为18个群，承认了132个种和18个变种。

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3．青霉属（Penicillium） 　　青霉十分接近于曲霉，同样分布极为广泛，其中许多是常见的有害菌，很多青霉会危害水果。在破坏工业产品、食品和饲料方面，其危害也不亚于曲霉。有些则与动物及人类的疾病有关。在微生物试验室中，它也是常见的污染菌。青霉属也属半知菌类，但在工业上却有很高的经济价值。例如，有些青霉能产生柠檬酸、延胡索酸、草酸、葡萄糖酸等有机酸，也可用于食品加工，如制造干酪。它们产生的酶类也可利用。最著名的是可用它们来生产抗生素，如利用产黄青霉系选育出来的某些菌系制造青霉素等。 　　青霉有极不相同的代谢活动，不同的种能由葡萄糖合成极为不同的物质。这在生产和利用方面有不可忽视的重要性。有学者把青霉分为4大组，41系，承认了137个种和4个变种。到目前为止，已发现并可确定的新种已远不止此数。 　　此属的营养菌丝体为无色、淡色，或具有鲜明的颜色，有横隔，为埋伏型，或部分埋伏型、部分气生型。气生菌丝为密毡状、松絮状，或部分结成菌丝索。大多数菌系渗出液很多，产黄青霉大多数菌系渗出液很多，聚成醒目的淡黄色至柠檬黄色的大滴，很具特色（图2-113）。

图2-113　产黄青霉菌落图　　　　　　　　2-114　青霉“帚”

可孕性分枝（分生孢子梗）由埋伏型或气生型菌丝生出，稍垂直于该菌丝（只有个别种像曲霉那样生有足细胞），单独直立或作某种程度的集合乃至密集为一定的菌丝束，具有横隔，光滑或粗糙。其首端生有扫帚状的分枝轮，称为帚状枝（图2-114）。 　　帚状枝是由单轮或两次到多次分枝系统构成，对称或不对称，最后一级分枝即为产生孢子的细胞，称为小梗。着生小粳的细胞叫梗基，支持梗基的细胞称为副枝。小梗用断离法产生分生孢子，形成不分枝的链。分生孢子呈球形、椭圆形或短柱形，光滑或粗糙，大部分在生长时呈蓝绿色，有时无色或呈别种淡色，但决不呈乌黑色（图2-115）。 　　少数种产生闭囊壳，其结构或疏松柔软，较快地形成子囊和子囊孢子；或质地坚硬如菌核状，由中央向外缓慢地成熟。还有少数菌种产生菌核。 　　青霉帚状枝的形状和复杂程度是分类的首要基础，依此可将青霉属自然地分为四个组。 1）单纯青霉组。帚状枝由单轮小梗构成。 2）对称二轮青霉组。有紧密轮生的梗基，每个梗基着生细长尖锐的小梗全部帚状枝大体对称于主轴（分生孢子梗），紧密，像漏斗状。分生孢子多为椭圆形。 3）不对称青霉组。包括一切帚状枝行两次或多次分枝，且不对称于主轴的种，即使接近对称，也没有二轮对称青霉那样的紧密结构及细长渐变尖锐的小梗。 4）多轮青霉组。帚状枝极为复杂，多次分枝，而且常是对称的。此组菌种为数较少，可能是代表青霉与其他一些近似属的过渡类型。

图2-115　青霉帚状枝

其次按照菌落质地等进行区分，菌落质地典型者可分为四种。 1）绒状：很少有气生菌丝，分生孢子梗几乎全部由埋伏型菌丝或由紧贴于基质的一层致密的菌丝层上生出。 2）絮状：有较多的疏松而纠缠在一起的气生菌丝团，分生孢子梗主要由气生菌丝上分枝而出，其着生点远离基质。 3）绳状：大部分气生菌丝集合为长曳的绳索状，在低倍显微镜下不难辨认。 4）束状：分生孢子梗大部分由基质生出，它与绒状菌落的区别在于非均匀分布而或多或少成簇，使菌落呈现粒状或粉状，甚至可能使大部分分生孢子梗集合成一个一个的菌丝束。

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4.其他 　　除上述各属外，还有许多霉菌具有各自特殊的形态，现将其列于图2-116中，以供辨认。 （三）子囊菌和不完全菌类的繁殖方式和生活史 　　子囊菌和不完全菌类是一大类丝状菌的俗称，由于包含了不同纲属的微生物，所以其繁殖方式是有差异的，有的具有性和无性繁殖，但有很大一部分仅具有无性繁殖，由此使它们的生活史也有差异。 1. 有性繁殖 子囊菌有性孢子的特性如表2-18所示。

图2-116　不完全菌类的代表菌

表2-18 子囊菌有性孢子的特性 有性孢子名称 染色体倍数 有性结构及其形成特征 举例 所属分类地位 子囊孢子 n 在子囊中形成，子囊的形成有两种方式： 从一个特殊的、来自产囊体的菌丝、称产囊丝的结构上产生子囊； 多个子囊外面被菌丝包围形成子实体，称为子囊果 粗糙脉孢霉红曲霉 子囊菌纲

子囊孢子（ascospore）是子囊菌纲的主要特性。子囊具有囊状的结构，呈球形、棒形和圆筒形，因种而异。子囊中的孢子通常为1～8个或2个，但典型的子囊中有8个孢子。子囊菌形成子囊的方式不一样。最简单的是两个营养细胞结合后直接形成子囊，这是一些酵母菌的形成方式。 　　高等子囊菌形成子囊的两性细胞多半已有分化，因而形态上也有区别。雌性者称为产囊器，多呈圆柱形或圆形，而且较大，由一个或一个以上的细胞构成，其顶端有受精丝，受精丝或为长形细胞或为丝状。雄性者称为雄器，一般都较雌性为小，或为圆柱形或为棒状。产囊器中各含有单核或多核，两性器官接触后，雄器中的细胞质和核通过受精丝而进入产囊器。但两个性别不同的核在产囊器中并不融合，只是双双成对地靠近，这是质配阶段。质配后产囊器生出许多短菌丝，称为产囊丝，成对的核进入产囊丝，而且经过几次同时分裂而形成多核。此后产囊丝中生出隔膜将其隔成多细胞，每个细胞含一个核或两个核，但是顶端的细胞器为双核。其中一个为雌核的子核，另一个为雄核的子核，它们形成异核体。核配就在此顶端卵胞内进行。核配后的细胞即为子囊母细胞，该细胞内的二倍体核经两次分裂，其中一次为减数分裂，即形成8个子核，每一子核又变为单倍体并与周围原生质形成孢子，即为子囊孢子。子囊母细胞即为子囊。图2-117显示了脉孢霉（Neurospora）子囊孢子的形成过程，该菌是经典微生物遗传学研究广泛采用的材料（图2-118）。 　　在子囊和子囊孢子发育过程中，原来的雌器与雄器下面的细胞生出许多菌丝，它们有规律地将产囊丝包围住，于是就形成了子囊果。子囊果有三种类型：呈完全封闭式的圆球形者称为闭囊壳；非完全封闭并留有孔口者称为子囊壳；开口呈盘状者称为子囊盘，如图2-119所示。子囊孢子的形状、大小、颜色、纹饰等差别很大，这是子囊菌分类的依据（图2-120）。

图2-117　脉孢霉子囊孢子的形成 图2-118 脉孢霉菌丛的生长　　　　　　　图2-119 子囊果　　　 图2-120　子囊孢子的类型