Лекция. Паразитические водные грибы.

Грибы – это многочисленная, широко распространенная группа гетеротрофных организмов. В настоящее время описано около 100 000 грибов.

Среди них есть сапрофиты и паразиты, а среди паразитов различают облигатных паразитов и факультативных.

Согласно современным представлениям грибы объединяют в два отдела - Миксомицеты (Myxomycota) и Настоящие грибы (Eumycota).

Настоящие грибы подразделяются на Совершенные грибы (Fungi perfecti) и Несовершенные грибы (Fungi imperfecti) или Дейтеромицеты (Deuteromycetes). Они представлены несколькими классами, среди которых Oomycetes, Chytridiomycetes, Phycomycetes, Zygomycetes, Trichomycetes, Ascomycetes, Basidiomycetes, Deuteromycetes.

Грибы – паразиты относятся к категории низших грибов и в зависимости от специализации подразделяются на малоспециализированные и высокоспециализированные.

У малоспециализированных паразитов мицелий распространяется как по межклетникам, так и внутри клеток хозяина. У высокоспециализированных паразитов мицелий распространяется по межклеточным пространствам, а в клетки внедряются специализированные структуры – гаустории.

По характеру воздействия паразита на хозяина различают некротрофных паразитов – сначала убивающих ткани хозяина, а затем питающимися ими.

Кроме этой группы паразитов выделяют деструктивных биотрофных, которые питаются за счет живых тканей хозяина и вызывают их быструю гибель. Третьей группой паразитарных грибов являются, так называемые сбалансированные биотрофные грибы – паразиты, способные длительно питаться живыми тканями хозяина, не вызывая их гибели.

Грибы – паразиты развиваются на организмах из разных групп: на высших растениях, на водорослях, папоротниках. Облигатными паразитами растений являются ржавчинные грибы. Известно большое число грибов – паразитов насекомых, грибов, рыб, птиц, млекопитающих и других животных. Есть паразиты человека.

В системе органического мира грибы занимают особое положение: им присущи некоторые особенности как животного, так и растительного организмов.

С животными грибы сближает характер азотного и углеродного обмена, а также наличие гликогена, хитина в оболочках большинства грибов.

К растениям грибы близки по характеру питания – всасывание, а не заглатывание пищи и по характеру роста – у них неограниченный рост.

В большинстве своем грибы – это многоклеточные организмы. Клетки их чаще всего вытянутой формы, похожие на нити. Такие нитевидные клетки называются гифами. Гифа – это наиболее характерная морфологическая структура грибов и представляет собой цилиндрическую трубку, имеющую в поперечнике 5 – 10 мкм. У низших форм грибов (Thalophyta) их вегетативное тело (таллом) чаще состоит из одной клетки – гифы. Но есть и такие, у которых гифы состоят из множества вытянутых и соединенных в длину клеток.

У большинства грибов (Mycota) гифы разрастаясь, ветвятся и образуют сплетение, составляющее тело гриба – мицелий. Мицелий – это сложная система сплетения гиф, с более или менее выраженной их дифференциацией, проявленной в различной степени у разных видов грибов. Мицелий может быть редким и тканеобразным (как у плесневых грибов) или благодаря густому переплетению и обильному ветвлению гиф – компактным (как у обычных съедобных грибов или поганок).

Грибы по своему строению, с одной стороны, очень похожи на бактерии, а с другой – на растительные организмы, но в отличие от растений, грибы не содержат хлорофилла.

Клетка гриба состоит из оболочки, цитоплазмы с цитоплазматической мембраной. В цитоплазме находятся эндоплазматическая сеть, митохондрии, рибосомы, включения, вакуоли и хорошо видимое одно или несколько ядер.

По строению ядерного аппарата грибы относятся к эукариотам.

Почти все грибы относятся к аэробам, а по типу питания все настоящие грибы – гетеротрофы.

Для грибов характерно разнообразие способов размножения: вегетативное, бесполое и половое.

Вегетативное размножение осуществляется путем роста фрагментов гиф или их отдельных клеток. Бесполое размножение может происходить вегетативным путем (рост фрагментов гиф или их отдельных клеток) и при помощи специализированных органов размножения (спор и конидий).

Споры грибов имеют разное биологическое значение. Одни из них (покоящиеся) служат для сохранения вида в течение определенного периода, другие – служат для быстрого размножения.

В основном же споры у грибов, в отличие от спор бактерий, служат целям размножения, они менее устойчивы и образуются каждым грибом в большом количестве.

Водные грибы – это обширная экологическая группа, в состав которой входят представители всех классов грибов. Они обитают в самых разнообразных водоемах – пресных и соленых, стоячих и проточных, играя в них существенную роль в круговороте веществ.

В воде находятся представители почвенных грибов, адаптировавшиеся к водной среде в определенных фазах роста и развития. В воде пресных и соленых водоемов обитают грибы, относящиеся преимущественно к низшим, а также к сумчатым и дейтеромицетам и реже – к базидиомицетам.

Среди водных грибов есть первично водные низшие грибы (сапролегниевые) и высшие (аскомицеты, дейтеромицеты) вторично перешедшие в водную среду из наземной.

Среди водных есть сапрофиты, развивающиеся на растительных остатках или обрастающие погруженные в воду предметы и паразиты водорослей, высшей водной растительности, рыб, водных простейших и других животных.

Некоторые виды водных грибов нередко присутствуют в биологических обрастаниях в водоемах.

Наряду с типичными водными грибами, весь цикл развития которых проходит в водной среде, в водоемах часто встречаются грибы, обитающие в почве и на различных субстратах растительного и животного происхождения на суше, заносимые в водоем с опадом, воздушными течениями и пр.

К водным сапрофитам и факультативным паразитам относятся грибы Saprolegnialis.

Водные сапрофиты играют большую роль в разложении органических веществ в водоемах и обеспечении детритом водных беспозвоночных и рыб.

Водные гифомицеты – это группа грибов вторично перешедших из наземной в водную среду. Мицелий водных гифомицетов развивается в разлагающихся растительных тканях. Наиболее интенсивно развитие гифомицетов происходит в бентосе на гниющих листьях.

 

Водоемы составляют значительную часть поверхности планеты Земля, только поверхность океанов и морей равняется 3/4 ее. Организмы, населяющие водоемы, составляют сложную, разнообразную и вместе с тем обособленную экологическую группу. Гидробиология — наука, изучающая состав, численность, биологию, закономерности развития водных организмов.
Грибы, обитающие в различных пресных и соленых (морских) водоемах, относятся преимущественно к низшим, а также классам сумчатых, дейтеромицетов, реже базидиомицетов. Это так же как и почвенные грибы весьма гетерогенная в таксономическом, биолого-физиологическом отношениях экологическая группа.
Многие виды грибов, главным образом низших, преимущественно образующих зооспоры, являются более или менее постоянным компонентом биоценозов пресных и соленых вод.
Подвижные зооспоры представителей типичных водных низших грибов способствуют обнаружению и использованию органических субстратов водоемов. Значительно обособленной является флора типичных водных гифомицетов, представители которой обнаруживаются ка погруженных в воду склетонизированных листьях древесных растений и кустарников. Большинство типичных водных гифомицетов характеризуются своеобразной морфологией конидий, они обычно разветвлены, имеют лучеобразные отростки (обычно четыре), выходящие из одной точки. Считают, что эта форма конидий благоприятствует длительному пребыванию их в толще воды во взвешенном состоянии и препятствует их оседанию. У многих сумчатых водных грибов сумкоспоры вытянуты в виде длинных нитей, их концы окружены слизью или имеют слизистые оболочки, что также способствует прикреплению к питательному субстрату и пребыванию во взвешенном состоянии в толще воды (рис. 118, 119).

Водные грибы принимают участие в круговороте веществ в водоемах, в процессах разложения и минерализации органических веществ разнообразного происхождения. Многие их представители паразитируют на рыбах и других животных и на водорослях, вызывая нередко эпидемии и эпифитопии заболеваний, что может приводить к значительной их гибели и нарушению трофических звеньев водоемов, снижению их продуктивности. Многие виды водных грибов являются агрессивными агентами биологических повреждений водных сооружений, приборов, материалов, сырья.

Водная микология изучает распространение, экологию, биологические особенности разных видов грибов. Микофлора водных грибов, как отмечалось выше, включает виды почвенных грибов, адаптированных в водной среде в определенных фазах роста и развития; специфические виды водных грибов, которые способны в активной форме размножаться в воде (например, зооспоровые фикомицеты); виды грибов, поражающие представителей зоо- и фитопланктонов различных водоемов; виды заселяющие погруженные в воде растительные субстраты.

 

 

Грибы пресных водоемов. Качественный и количественный состав грибов пресных водоемов изменяется в зависимости от температуры, времени года, содержания органических веществ в источнике, типа источника. Как правило, грибов больше в прибрежной зоне и стоячих водах, чем в текучих водах рек и ручьев.
Фикомицеты, образующие зооспоры, являются наиболее типичными представителями микофлоры в озерах, реках, ручьях и т. д. Они распространены на значительной глубине (до 2-х метров), но преобладающие виды различные в зависимости от места, глубины и времени взятия пробы. Наиболее богата флора водных грибов в прибрежной зоне, уменьшаясь с глубиной примерно в 2—3 раза и больше. Наличие органических веществ и изменение содержания катионов имеет важное значение для уровня развития флоры хитридиальных грибов в различных водоемах, особенно в маргинальной части.
В водах рек и ручьев наряду с фикомицетами встречаются многие виды гифомицетов, которые разлагают листья, стебли растений, целлюлозу, хитин и другие компоненты этих растительных остатков. Флора водных грибов водоемов и прибрежных зон) сходна.
Водные грибы встречаются не только в постоянных водоемах (реки, ручьи, озера, пруды и т. д.), но также во временных скоплениях вод. Например, при весеннем таянии снега, во время дождей, при орошении земель.
Состав флоры водных грибов зависит от особенностей питания, наличия кислорода и других факторов. Например, в прудах и озерах встречаются виды, которые поражают водоросли, представителей насекомых, погибшие организмы и их наружные покровы (хитинразрушающие).
В зоо- и фитопланктоне встречаются грибы, поражающие планктонных животных, рачков и их яйца (гриб Leptolegnia candida), они часто вызывают их массовые заболевания и гибель. Инфекция распространяется преимущественно зооспорами; на дафниях обычно поселяются Pythium daphnidearum и виды Aphanomyces.

Многие другие виды — Saprolegnia, Achlya, Aphanomyces, Pythium, Leptomitus, Allomyces — поражают взрослых особей рыб и амфибий и их яйца. Чаще поражаются рыбы, ослабленные воздействием других факторов.
Грибы, поражающие фитопланктон, паразитируют на диатомовых и других водорослях и встречаются на разной глубине водоемов, например, некоторые Chytridiales до 30 м.
Нa сине-зеленых водорослях часто паразитирует Rhizosipnon anabaenae, его паразитизм зависит от уровня концентрации кислорода в воде, при низком его содержании паразитизм усиливается, так как ухудшаются условия произрастания водоросли. Погруженные в воду веточки, плоды, листья и другие субстраты также заселяются различными видами водных грибов.
Грибы встречаются в водах горячих источников, например, различные зооспоровые фикомицеты (Achlya, Pythium и др.); на сфагновых болотах (Achlya, Pythium, Allomyces); в водах соленых и кислых озер и прудов (Olpidium, Longicollum, Rhizophlyctis, Hardari, Saprolegnia monoica, Achlya flagellata, A. rasemosa); на стенах портовых сооружений, находящихся под водой (Mucor, Penicillium, Pythium, Saprolegnia).
B водах кислых озер вулканического происхождения (в Японии) с повышенной концентрацией минеральных солей встречаются Saprolegnia monoica v. acidamica, Achlya flagellata, A. racemosa.
Пресноводные виды порядков Chytridiales, Leptomitales, Saprc-geniales распространены на разнообразных субстратах мертвых растений и животных остатках. Отдельные представители Plasmodiophorales являются облигатными паразитами водных и полуводных покрытосеменных.
Число видов и частота встречаемости пресноводных видов грибов снижается к северу от экватора, например, виды Monoblepharis преобладают в более холодных водах, виды Allomyces в тропиках и субтропиках. Большинство пресноводных грибов распространены повсеместно.
Грибы морских вод. Большинство грибов, распространенных в морских водах, являются сумчатыми, хотя встречаются и хитридиевые, плазмодиофоровые, лабульбениевые, большей частью это свободно плавающие, сопрофобные грибы (рис. 120).

Многие виды водных грибов, развивающиеся в более глубоких водах, в придонных отложениях и илах, адаптируются к пониженному содержанию кислорода в среде. В то же время многие виды проявляют выраженную потребность в кислороде, например Apodachlya, Sapromyc.es. Виды Monoblepharis, Pythium, Phytophthora, Rhipidium, Gonopodya, Blastocladia, Pyehnigeton, Macrochytrium способны расти и развиваться при низких концентрациях кислорода. Нередко, в зависимости от концентрации кислорода в воде, зооспоры мигрируют с более нижних слоев в верхние и наоборот.
Отдельные виды грибов распространены преимущественно в озерах с кислыми водами, другие — со щелочными, а многие могут распространяться в пределах широкой амплитуды кислотности среды водоемов.
Водные грибы разнообразны и по способу питания, среди них встречаются, как отмечалось, облигатные паразитные, сапрофитные и факультативные виды.
Среди хитридиальных (Chytridiales) встречаются облигатные паразиты (поселяются чаще в водорослях, реже — на беспозвоночных и рыбах) и сапрофиты, или факультативные паразиты (поселяются на растительных и животных остатках, погруженных в воду).

 

 

Грибы порядка Monoblepharidales преимущественно сапрофиты, растут главным образом на остатках (веточках) древесных растений, преобладают в стоячих водоемах с притоком свежей воды.
Сапролегниевые, преимущественно сапрофиты или факультативные паразиты, поражают остатки растительного и животного происхождения, паразитируют на икре, рыбах, некоторых других животных. Эти грибы выделяют в культуру, используя в качестве «приманок» мертвых личинок, взрослых насекомых, червей, кусочки мяса, белок вареного куриного яйца и т. д.
Водные гифомицеты (дейтеромицеты) часто встречаются в проточных, хорошо аэрируемых водоемах, растут главным образом на гниющих или скелетизированных листьях древесных пород или их веточках, погруженных в воду. Конидий их много в пене и пленке, образуемых часто на поверхности воды.
Водные грибы — это разнообразная и в то же время в определенной степени специфическая экологическая группа с широкой амплитудой адаптации к росту и развитию в различных типах водоемов. Иx деятельность является одним из активных звеньев в общем процессе круговорота веществ в водной среде.
Существует ряд методов выделения водных грибов.

Способность водных грибов использовать определенный субстрат является, как и для других экологических групп грибов, одним из регулирующих факторов заселения его отдельными их видами. Наиболее специфическими субстратами для сапрофитных видов грибов является клетчатка, пектин и хитин. Известны отдельные виды, специфичные к определенному субстрату. Например, Rhizophlyctis losea активно разрушает целлюлозу и ее производные, виды Asterophlyctis, Polychytrium, Cytriomyces, Karlingiomyсes asterocystis —хитин.
Для многих сапролегниевых грибов наблюдается специфический хемотаксис зооспор к определенным субстратам, хлоридам (CaCl2, МnCl2) и аминокислотам незначительной концентрации. У Achlya sp. наблюдается положительный хемотаксис к выделению гормонов у женских гаметангиев и отсутствие его у зигот, мейоспор и зооспор этого гриба. Свойство положительного хемотаксиса к определенным субстратам лежит в основе элективного метода культивирования водных грибов с помощью субстратных «приманок».
Водные фикомицеты предпочтительно используют органические источники азота, а многие виды гифомицетов из текучих водных источников — преимущественно нитратный и аммонийный азот.
Отношение водных грибов к свету неодинаково, особенно при образовании органов размножения. Например, у Saprolegnia ferax голубой и зеленый части спектра подавляют полностью образование зачатков оогониев, а красный — частично. Белый свет слабо влияет на рост и образование покоящихся спор Blastocladiella emersonii и В. britanica.
Косвенное значение света для водных грибов связано с благоприятным влиянием его на рост других компонентов фитопланктона, например, на рост водорослей. Считают, что весной при слабом развитии водорослей в водоемах они больше поражены грибами, чем при обильном их росте летом.
Влияние температуры особенно проявляется в образовании зооспор и массовом размножении зооспоровых и водных гифомицетов в определенное время года. Многие из них растут при пониженной температуре воды (обычно при 10—20°С). Способностью к росту при пониженной температуре обусловливается обычно обильный рост гифомицетов в водоемах, водопроводных сооружениях, трубах на предприятиях целлюлозно-бумажной промышленности и др.

Паразитные морские грибы обитают на представителях морской фауны — на губках, креветках, крабах, моллюсках, рыбах; на представителях морской флоры — различных видах микро- и макроскопических водорослей. Наряду с облигатными паразитами многие представители морских грибов являются факультативными, они поражают ослабленных воздействием других факторов, морских животных и растений.
На погруженных в морскую воду древесных остатках выделены Cladosporium, Chaetomium,trichoderma, Gymnoascus.
В морских водоемах, особенно прибрежных зонах, распространены Alternaria, Cladosporium, Fusarium, Trichoderma, Aspergillus, Penicillium. Эти виды могут встречаться и на глубине до 4000 м. Флора морских водоемов характеризуется наличием дрожжей и дрожжеподобных грибов. Дрожжей больше в верхних слоях воды водоема, в прибрежной части, чем в открытом океане. Дрожжи в жизнеспособном состоянии встречаются также на глубине до 4000 м. Грибы распределяются микрозонами, послойно на определенной глубине. Определенный видовой состав, протяженность и характер микрозон изменяются в зависимости от глубины, температуры, солености и других факторов.
Устойчивость морских грибов к солености неодинакова. Однако они проявляют значительную адаптацию, иногда довольно стойкую. Например, некоторые наземные представители сумчатых и дейтеромицетов, обычно растущие при низкой солености среды, быстрее адаптируются к высокой, чем морские грибы к росту при более низкой солености.
Паразитные грибы поселяются на живых организмах. Например, Estrogella — на диатомовых, Coenomyces consuens u Phyllachlorella oceanica — на плавающих водорослях. По сравнению с пресноводными, морские грибы распространены более ограниченно.
На рост и распространение водных грибов оказывают прямое и косвенное влияние многие физико-химические факторы — природа субстрата, свет, кислород и т. д.

 

Метод «приманок» заключается в том, что определенный субстрат, являющийся приманкой, в специальных приборах погружается па разную глубину водоема или в пробу воды из него. По истечении определенного времени (от нескольких недель до 2—3 месяцев) на поверхности субстрата-приманки развивается мицелий гриба или его пустулы. Из них выделяют гриб в чистую культуру или определяют его прямым микроскопированием. В качестве приманок используют плоды яблок, груш, шиповника, слив, веточки древесных растений, семена льна, конопли, пыльцу растений, насекомых, целлофан, льняные ткани и т. д. Например, хитридиальные хорошо растут на пыльце растений, листьях злаков, остатках, насекомых; бластокладиевые — преимущественно на плодах, а сапролегниевые — лучше на семенах конопли, личинках и взрослых насекомых, червях; дейтеромицеты — на гниющих и скелетизированных листьях древесных пород, пене и пленке на поверхности воды.
Приманки обычно погружают в воду в сосудах или мешочках из нейлона или других стойких материалов, в которые обеспечивается непрерывный приток воды. Затем приманки отмывают в струе проточной воды и под микроскопом отсевают микологическим крючком из пустулы несколько зооспорангиев в пробирку или чашку Петри с чистой водой. Выходящие зооспоры в водной извести переносят в следующую порцию стерильной воды и отсюда — на питательную среду в несколько чашек Петри для получения односпоровой культуры.
Чистые культуры выделяют путем посева зооспор или гиф мицелия на среды, к которым добавляют противобактериальные антибиотики для уничтожения сопутствующих бактерий.
В некоторых случаях от бактериального загрязнения избавляются при помощи колец Ван-Тигема. В центр кольца, находящегося на поверхности плотной питательной среды, вносят несколько капель взвеси зооспор в стерильной воде. При этом гифы гриба, растущие через кольцо на поверхности агара, обычно бактериально не загрязнены. Пересевом их на среду в пробирке и получают чистую культуру гриба.
Разнообразные среды обычно содержат глюкозу, минеральные соли и обязательно добавки в виде дрожжевого и кукурузного экстракта, пептона и т. д.
При непосредственном изучении водных грибов пробы центрифугируют или фильтруют через микропористые фильтры с последующим микроскопированием осадка и выделением из него чистых культур известными методами. Водные грибы можно выделить методом улавливания их конидий на предметные стекла, покрытые слоем среды или методом обрастания пластин (куски древесины, пластмассовые панели и др.), которые при погружении их в воду на длительное время обрастают водными грибами.