第8章-卵菌门分析课件.ppt
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1、第八章 卵菌门Oomycota 一、概论一、概论 卵菌门Oomycota生物与真菌门与真菌门Fungi里的生物具有明里的生物具有明显区别。显区别。 Pringsheim(1858)曾将卵菌与某些藻类相提并论。 Kreisel(1969)和Shaffer(1975)是近代首先将卵菌门排斥在真菌门之外的。尽管卵菌在形态和吸收营养方尽管卵菌在形态和吸收营养方式上类似于真菌,但其与真菌没有相近的亲缘关系式上类似于真菌,但其与真菌没有相近的亲缘关系。卵菌似乎与具有叶绿素a和c的异鞭毛的藻类亲缘关系接近。 卵菌曾被放入藻菌界Chromista(Cavalier-Smith, 1986, 1987)、异藻界
2、Heterokonta(Dick, 1976,1990)、原生生物界Protista(Margulis et al., 1989)或茸鞭生物界Stramenopila(Patterson & Sogin, 1992)。 一、概论一、概论 卵菌门与真正真菌的主要区别和特征卵菌门与真正真菌的主要区别和特征: 1. 无性繁殖产生双鞭毛游动孢子双鞭毛游动孢子,长的茸鞭向前, 短的尾鞭向后。 游动孢子超微结构游动孢子超微结构特征各式各样。 产生二倍体菌丝体二倍体菌丝体,减数分裂发生于发育中的配子囊内。 卵配生殖为配子囊接触交配,产生厚壁的有性孢子,即卵有性孢子,即卵孢子(孢子(oospore) 。 细胞
3、壁成份细胞壁成份主要为-葡聚糖,但也含有氨基酸羟基脯氨酸以及少量的纤维素。 线粒体为管状脊线粒体为管状脊。 生物化学和分子学特征多样。P600 一、概论一、概论 卵菌是淡水、海水以及陆生环境淡水、海水以及陆生环境下普遍存在的生物。如常见类群的水霉普遍生活在通气性好的河流、水库、池塘及湖泊中。 静水中具有特征性的卵菌群体,几种水霉菌为兼性兼性厌氧生物厌氧生物(facultative anaerobe)。多数水生类型是腐生的,腐生腐生于死的动植物残体上。 有些寄生性寄生性卵菌侵染藻类或有关动物,如轮虫、线虫、蚊子幼虫以及蝲蛄(crayfish)。少数卵菌是鱼卵和鱼的重要寄生物,包括catfish和
4、鲑鱼(salmon)。 Pythium insidiosum为土壤习居土壤习居菌,能引起哺乳动物的所谓腐霉病。该病在热带和亚热带很普遍,已报道可危害马、狗、牛,甚至人类 。 一、概论一、概论 多数陆生陆生卵菌为维管束植物的兼性寄生菌或高度专化性寄生菌,引起重要农作物严重病害重要农作物严重病害,如马铃薯晚疫病、鳄梨(avocado)根腐病、柑橘根腐和果腐、葫芦科、葡萄、葱及莴苣的霜霉病、白菜的白锈病以及很多植物秧苗的猝倒病。 Phytophthora infestans马铃薯晚疫病菌 Plasmopara viticola葡萄霜霉病菌。 P. cinnamomi已知能引起1000多种植物的病害。
5、P600 一、概论一、概论 卵菌种类多样卵菌种类多样,有整体产果整体产果的和分体产果分体产果的,有腐生的,有寄生的。 有好多水生卵菌可通过诱饵诱捕方法获得。 卵 菌 菌 丝 的 生 长 点 也 在 菌 丝 顶 端 , 但 顶 体Spitzenkorper不明显。菌丝具有大量的顶端液泡顶端液泡(胞壁液泡),在顶端附近有由微纤和和激动素管状物组成的细胞框架系统。在菌丝顶端后面是典型的细胞器区域,包括大量的线粒体、高尔基体。 卵菌的线粒体和高尔基体不同于真菌中相应细胞器,卵菌线粒体为管状脊管状脊,高尔基体由多个平滑的脊组成。而真正真菌的线粒体为板状脊板状脊,高尔基体结构简单,常由1个脊组成。P601
6、 一、概论一、概论 此外,卵菌还具有特殊的细胞器指纹液泡指纹液泡(fingerprint vacuoles)或密度体液泡密度体液泡(dense-body vacules)。在发育的一定阶段,这些液泡含有电子密度的物质,具有一类似结晶(paracrystalline)、片状排列的结构,很像指纹形状。这种物质在液泡内逐渐浓缩形成球形、电子密度的球状物。 对一种卵菌的研究表明指纹液泡含有高浓度的贮藏性多糖昆布菌素(mycolaminaran)和昆布菌素磷酸盐(mycolaminaram phosphate)。这些液泡具有很多功能,包括在卵质体(ooplast)形成中的作用。P602 一、概论一、概论
7、 典型卵菌菌丝具有多个细胞核多个细胞核,由于没有固定的隔膜,因此不象真正的真菌那样在每个菌丝段或细胞中具有固定数目的细胞核。细胞核和其它的细胞器常分布在菌丝周围,附近具有1个大的中心液泡,这个中心液泡在菌丝顶端后部一定距离形成。 一、概论一、概论 细胞壁成分细胞壁成分是区分卵菌门和真菌界的重要特征。 卵菌细胞壁成份主要是-1,3和和-1,6葡聚糖及纤维素,葡聚糖及纤维素,而不含有几丁质而不含有几丁质(真正真菌则不含纤维素)。 然而,这并不意味着卵菌完全没有几丁质。在属于Leptomitales(水节霉目)的几种卵菌中发现具有大量 的 几 丁 质 , 在 绵 霉 属 ( A c h l y a
8、) 和 水 霉 属(Saprolegnia)也报道有几丁质,这两个属是卵菌中常见属。 在卵菌细胞壁中已报道有氨基酸氨基酸羟脯氨酸羟脯氨酸,这也是区分卵菌与真正真菌的又一特征。 一、概论一、概论 卵菌细胞壁主要是由-1,3和和-1,6葡聚糖和纤维素构葡聚糖和纤维素构成,占细胞壁干重的成,占细胞壁干重的4%20%。 然而,由于卵菌细胞壁中含有纤维素使BartnickiGarcia(1968,1970)认为细胞壁成份可作为真菌分类和系统发育的基础,他认为真菌至少是双元进化的,一条演化路线的真菌具有几丁质,即真正的真菌;另一条演化路线指卵菌门,其细胞壁为纤维素。 根据真菌细胞壁化学所积累的资料支持这种
9、假说,但现在来看,细胞壁成份比以前想像的要更具有易变性(Barr,1983)。 二、有性生殖二、有性生殖 多为异形配子囊配合异形配子囊配合。简单类型中,整个菌体起配子囊作用;多数卵菌中,配子囊典型地分化成小的雄性结构雄器雄器(antheridia)和大的球形雌性结构藏卵器藏卵器(Oogonia)。 雄器和藏卵器可由同一菌体或不同菌体发育而来,在同一菌体上产生的配子囊是可亲合的或不亲合的。 减数分裂后,每个藏卵器中形成1或多个不动的卵球(oosphere)。卵球由藏卵器周围的细胞质(也叫周质)通过离心割裂过程形成,或由向心聚集而成,细胞质在卵的外面。 成熟时,每个卵球含有一个明显的贮存液泡,称作
10、卵质体(ooplast),这种结构明显具有系统发育学和分类学意义。 P603 二、有性生殖二、有性生殖 卵球含有1个或多个细胞核。发育中的雄器受激素作用被藏卵器吸引,当与藏卵器表面紧密结合时产生授精管(fertilization tube),雄器中经过减数分裂的单倍体核通过授精管注入到卵球中,并与卵球中的细胞核结合。授精后卵球发育成卵孢子,并在藏卵器成熟。卵孢子为厚壁、休眠结构,能抵抗不良环境条件而存活。 根据Dick(1990),成熟的卵孢子细胞壁分细胞壁分3层层结构,包括由残留的卵周质发育而成的外胞壁、孢子表壁或合子细胞壁以及孢子内壁,内壁至少部分起贮存碳水化合物物的作用,在萌发时再被利用
11、或重新分布。一旦萌发,卵孢子发育成二倍体菌体。 三、无性生殖三、无性生殖 产生具有长短鞭毛的游动孢子鞭毛的游动孢子。 游动孢子或者在孢子囊中发育形成,或者在由孢子囊伸长产生的暂时的液泡(泡囊泡囊)中发育形成(少数种类)。 陆生卵菌的孢子囊可由小的略膨大的瓣状菌丝部分形成,或由球形、卵形或柠檬形结构形成。 游动孢子释放后,在隔膜基部分化形成另一个游动孢子囊,同原来的孢子囊隔开来,穿透第1个孢子囊,在其内部或外部成熟(层生层生)。 专性寄生卵菌的孢子囊象分生孢子专性寄生卵菌的孢子囊象分生孢子,不再通过割裂方式形成孢子,而是在分化的分枝孢囊梗顶端形成,或者在短棍棒状孢囊梗顶端成串形成。 水生卵菌的游
12、动孢子囊典型地由菌丝末端分化而成,在成熟时,为长形、圆筒形结构。通过隔膜将其与菌丝隔离开来。P604P605 三、无性生殖三、无性生殖 卵菌中形成两种形态两种形态不同的双鞭毛游动孢子(尽管不是所有的种类都产生): 初生游动孢子初生游动孢子(primary zoospore),梨形,孢子顶端着生鞭毛,游动性较差。Dick(1990a)认为其是原生结构原生结构(primitive structure)。 次生游动孢子次生游动孢子(secondary zoospore),肾形或菜豆形结构,鞭毛互相分离,方向不同,约130(Dick,1990),长的茸鞭茸鞭向前,并具有茸毛,短的尾鞭尾鞭向后。Dick
13、称其为主要游动孢子主要游动孢子,所有形成游动孢子的卵菌均产生此类游动孢子,P605 三、无性生殖三、无性生殖 许多学者对卵菌游动孢子的超大型微结构进行了研究。不论什么形状,每个典型的游动孢子均含有一个梨形的核梨形的核,从核的近尖端产生一对动体从核的近尖端产生一对动体( (或基体或基体) ),由此产生鞭毛由此产生鞭毛。由动体向细胞质辐射形成许多“小根”(rootelt纤管和丝状物),在细胞内起固定鞭毛的作用。在细胞核表面典型地形成1或2个高尔基体及多个线粒体、脂体、核糖体,在细胞质中分散形成指纹液泡。P606 三、无性生殖三、无性生殖 卵菌游动孢子也含有大量的微体状的细胞器,它们具有高度结构化的
14、基质。对某些种类,这些细胞器这些细胞器和动体结合在一起,叫和动体结合在一起,叫“K-K-体体”(K-bodyK-body)。根据Powell等(1985),K-体似乎是卵菌中很有用的分类指标。在一些藻类的游动孢子中已报道有这种结构,这一事实进一步将卵菌与金藻类(chrysophyte algae)联系起来。 在卵菌的游动孢子中不存在壶菌门的能动细胞中描述的尾体(rumposome)和 MLCs。P606 三、无性生殖三、无性生殖 游动孢子在卵菌生活史中的功能功能是在水中进行短距离游动,寻找到适宜的基质或寄主,休止,最终形成芽管,逐渐产生新的菌体。 不同种类具有不同的游动和休止方式,是某些种类重
15、要的鉴定特征。 三、无性生殖三、无性生殖 Haptoglossa(一种卵菌)(有人放到接合菌门的Entomophthorales)是一些轮虫的内寄生物,其休止游动孢子在萌发时具有明显的行为特征: 每个孢囊萌发形成1个所谓的枪细胞(gun cell),其形状似小型加农炮,在枪细胞的筒状部分内是一个特殊化的鱼叉状放射物,当放射时能穿透轮虫表皮。产生枪细胞的原始孢囊通过粘性垫附着在基质上,枪筒仰起与基质呈一角度伸出,当与轮虫接触时,将带有孢子状原生质体的鱼叉状标枪射入轮虫,从而建立起一个新的侵染点。枪细胞放射作用会在几分之一秒内完成。这种特殊化的放射结构使人想起了根肿菌门(Plasmodiophor
16、omycota)的结构,但两者并非同源。P607 三、无性生殖三、无性生殖 不是所有卵菌都产生游动孢子。在某些种类的生活史中游动孢子似乎已消失了。 另外,某些被子植物的专性寄生物产生游动孢子囊在形状上酷似分生孢子,倾向于通过芽管萌发,而不产生游动孢子。 这些萌发方式通过芽管直接萌发,或通过游动孢子间接萌发常受温度和水等环境因素控制。常受温度和水等环境因素控制。 四、生化特征四、生化特征 卵菌门与真菌界在许多生物化学特征上有差异: (一一)两个最明显的差异两个最明显的差异: (1)赖氨酸的合成:)赖氨酸的合成: 真正的真菌:通过 -氨基己二酸氨基己二酸途径 ( -aminoadipic acid
17、 pathway)合成赖氨酸; 卵菌与植物同:通过二氨基庚二酸二氨基庚二酸途径 (diaminopimelic acid pathway)合成赖氨酸。 (2)甾醇代谢:甾醇代谢: 卵菌明显不同于真菌包括2个基本生物类群: 1. 由甲羟戊酸(mevalonate)合成甾醇的生物; 2. 不能合成甾醇的生物。 后者主要是植物病原菌后者主要是植物病原菌, 属霜霉目属霜霉目(Peronosporales)。甾醇并不是卵菌体细胞生长所必须的,但向培养基中加入这些化合物会促进其生长。有证据表明甾醇是这些生物有性和无性繁殖所必需的。 对于能合成甾醇的卵菌,最突出的甾醇是墨角藻甾醇(fucosterol),该
18、化合物源自墨角藻Fucus。这恰与真正的真菌相反,而真正的真菌具有麦角甾醇具有麦角甾醇是其特征性甾醇。根据Koller(1992),普遍认为卵菌门不具有麦角甾醇。 四、生化特征四、生化特征 ( (二二) )贮藏化合物:贮藏化合物: 真正的真菌糖原(glycogen);卵菌水溶性-1,3葡聚糖真菌昆布多糖(mycolaminarin)。该物质似乎与某些藻类中发现的贮藏化合物硅藻多糖(leucosin)和昆布多糖(laminarin)有关。 (三)非环多元醇(三)非环多元醇(acyclic polyol)或者所谓的糖醇(sugar alcohol)。真正的真菌中广泛地分布,而卵菌好像不存在。 (四
19、)(四)卵菌能合成合成一些真正的真菌所没有的特殊的脂类脂类。 五、分类五、分类 越来越多的结构、生化及系统发育方面的证据说明卵菌不仅不是真正的真菌不是真正的真菌,而且说明卵菌与金藻、卵菌与金藻、褐藻及硅藻(褐藻及硅藻(diatom)属于一个谱系属于一个谱系。 DNA序列分析进一步说明了序列分析进一步说明了这个观点。 根据细胞核编码的SSU rDNA以及结构和生物化学证据推论的系统发育,将卵菌门、金藻、其它藻类、丝壶菌门(Hyphochytriomycota)及网粘菌门(Labyrinthulomycota)归于一个单系群中,即Patterson和Sogin(1992)的茸鞭毛生物(strame
20、nopile)。 五、分类五、分类 尽管对卵菌各个分类单元上的分类仍有许多问题,但一般认为,卵菌门内有两个生物谱系卵菌门内有两个生物谱系最早由Sparrow提出“水霉系”(saprolegnian galaxy)和“霜霉系”(peronosporacean galaxy);根据游动孢子类型和其行为以及卵球和卵孢子特征进行分组。 此观点被多数学者所接受,Dick等(1984)正式承认Sparrow的系为亚纲,水霉亚纲水霉亚纲(Saprolegniomycetidae) (包括称之为水生类型或水霉的生物)和霜霉亚纲霜霉亚纲(Peronosporomycetidae)(包括陆生种类,其中多数是显花植
21、物的寄生物)。 霜霉亚纲的生物比水霉亚纲更为分化或高度进化霜霉亚纲的生物比水霉亚纲更为分化或高度进化。 五、分类五、分类 水霉亚纲向霜霉亚纲分化过程中有各种进化趋向。 Barr(1993)描述进化趋向: 营养方式由腐生类型向兼性寄生方式进化营养方式由腐生类型向兼性寄生方式进化,最后专性寄生; 丧失合成甾醇能力; 菌丝直径变小,细胞内菌丝形成吸器形成吸器; 失去初生游动孢子,在最发达的类型中,形成的游动孢子游动孢子囊倾向于通过芽管萌发,而不形成游动孢子囊倾向于通过芽管萌发,而不形成游动孢子; 发育成专化的孢子囊梗专化的孢子囊梗; 藏卵器中的卵球数量减少卵球数量减少,形成卵周质; 产生的雄器数量减
22、少; 同宗配合受到抑制而有利于异宗配合有利于异宗配合。 五、分类五、分类 卵菌门只含一个纲卵菌纲卵菌纲(Oomycetes)。根据Dick(1990),卵菌约有65个属,500800个种。 被广泛接受的分类观点是将卵菌门分成5个大目个大目: Saprolegniales(水霉目)水霉目) Rhipidiales(囊轴霉目)囊轴霉目) Leptomitales(水节霉目)水节霉目) Lagenidiales(链壶霉目)链壶霉目) Peronosporales(霜霉目)。霜霉目)。 问题:并非所有的种类都能归入到现在形态上定义的目。可能要求对目做重新评价。Dick(1990)承认6个目:Lepto
23、mitales、Rhipidiales、Sclerosporales、Pythiales、Peronosporales及Sapolegniales 。 五、分类五、分类 卵菌纲分目检索表:卵菌纲分目检索表: A孢子总是于孢子囊内形成,单型或二型性孢子总是于孢子囊内形成,单型或二型性, 少为静孢子少为静孢子 B,BB B分体产果式分体产果式,菌丝规则缢缩菌丝规则缢缩,在缢缩处具在缢缩处具“纤维素纤维素”颗颗粒粒 Leptomitales BB整体产果或分体产果式,若有菌丝也不缢缩整体产果或分体产果式,若有菌丝也不缢缩 C,CC C菌体整体产果或分体产果和菌丝体状,卵周质少,菌体整体产果或分体产果
24、和菌丝体状,卵周质少, 藏卵器中常具多个卵球藏卵器中常具多个卵球 Saprolegniales CC菌体单中心,具假根,卵周质永存,藏卵器中常菌体单中心,具假根,卵周质永存,藏卵器中常 具具1个卵孢子个卵孢子, 常生于静水中常生于静水中 Rhipidiales AA孢子产生于孢子囊内,若非孢子囊内形成,则由孢子囊孢子产生于孢子囊内,若非孢子囊内形成,则由孢子囊 产生的暂性泡囊内形成,单型性,肾形产生的暂性泡囊内形成,单型性,肾形 D,DD D整体产果式整体产果式Lagenidiales DD分体产果式分体产果式Peronosporales (一)水霉目一)水霉目Saprolegniales 1
25、.1.营养体:营养体:多为发达的无隔、多核、多分枝的菌丝体,少数营养体简单,为单细胞。 2.2.无性繁殖:无性繁殖:产生游动孢子囊,呈丝状、圆筒状丝状、圆筒状或梨形,通常生于菌丝顶端,由一隔膜与菌丝隔开。孢子囊具层出层出现象。孢子囊成熟后内部产生很多游动孢子。 3.3.游动孢子:游动孢子:具两游现象具两游现象,典型的两游过程是:从孢子囊释放出来的梨形游动孢子(一型游动孢子)经一段时间游动游动后转变为休止孢子;休止孢子萌发释放出肾形游动孢子(二型游动孢子),鞭毛着生在侧面的凹陷处,可以继续游动继续游动一个时期;然后休止,萌发长出芽管。 (一)水霉目Saprolegniales 有的水霉目水霉菌具
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