Глава 5. Витаминное питание и роль витаминов в обмене грибов

1. Общие сведения и потребности грибов в витаминах

Кроме углерода, азота и зольных элементов многие грибы нуждаются в витаминах или в других факторах роста. Особенностью витаминов считают то, что в большинстве случаев они образуются зелеными автотрофными растениями и необходимы гетеротрофным организмам - животным и микроорганизмам, но последние нередко сами накапливают их в большом количестве и могут служить их источниками. Нуждающиеся в витаминах организмы называют ауксогетеротрофами, не нуждающиеся - ауксоавтотрофами.

Под собственно витаминами подразумевают обычно вещества, требующиеся в очень низких концентрациях: от 0,0001 до 1 мкг/мл (табл. 5.1). Исключение составляет только мезоинозит, необходимый в дозах от 1 до 2 мкг/мл.

Таблица 5.1. Сравнение активности четырех факторов роста в отношении их эффективных доз для грибов (Fries, 1965)

Витамины обычно обладают следующими свойствами: по строению это низкомолекулярные органические соединения, эффективны в очень малых дозах, имеют специфическое действие на определенные этапы обмена веществ, что объясняется их функциями как кофакторов (или простетических групп) ферментов.

Все витамины обычно делят на две большие группы: 1) водорастворимые, в них входят витамины группы В и витамин С (аскорбиновая кислота), сюда же примыкают аминокислоты и нуклеотиды, 2) жирорастворимые, включающие витамины A, D, К, Е и другие (Fries, 1965).

Не нуждается в витаминах большая часть почвенных грибов (роды Penicillium, Aspergillus, Fusarium, Chaetomium globosum) и некоторые фитопатогенные грибы, особенно из сумчатых и несовершенных (Лилли, Бариетт, 1953). Исключение составляет встречающийся на фруктах Penicillium digitatum, нуждающийся в тиамине и в меньшей степени в пантотеновой кислоте, пиридоксине и биотине. Потребность в витаминах может быть абсолютной (когда гриб практически не растет без витамина) и относительной. В последнем случае действие витамина выражается в сокращении лаг-фазы, увеличении скорости роста или в увеличении интенсивности роста, т. е. в получении большого количества биомассы (Fries, 1965).

Потребность в витаминах у грибов может ограничиваться всего одним или может быть комплексной, включающей до 5-7 различных витаминов. Иногда витамины могут быть заменены их предшественниками (пантотеновая кислота ее компонентом β-аланином, тиамин составляющими его пиримидином и тиазолом и т. п.). Можно также компенсировать недостаточный синтез данного витамина путем введения в среду продукта, образующегося при его участии, например необходимой для обмена аминокислоты.

Некоторые ингибиторы метаболизма могут вызвать у грибов, потребность в витаминах, не выявляющуюся в отсутствие этих ингибиторов. У Aspergillus niger потребность в n-аминобензойной: кислоте (ПАБ) возникает только в присутствии ее синтетического аналога - сульфаниламида. Существуют также одинаковые потребности в витаминах у целой группы грибов, например, в полной молекуле тиамина у многих видов рода Phytophthora. В то же время в роде Torulopsis у одних видов наблюдается полная ауксоавтотрофность, у других потребность в количестве до трех-четырех витаминов. Особенно тесной связи между потребностями грибов в витаминах и их экологией не наблюдается. Однако грибы, обитающие в ризосферах растений, больше нуждаются в витаминах, чем растущие вне ее в почве. Ауксогетеротрофность также бывает связана с паразитизмом, симбиозом или антропогенным фактором. Например, долго культивировавшиеся человеком дрожжи (промышленные расы Saccharomyces cerevisiae и т. п.) обладают намного большей потребностью в витаминах, чем дикие. Отсюда можно заключить, что у большинства грибов эволюция шла в основном в сторону ауксогетеротрофности и что ауксоавтотрофность является первоначальной, во всяком случае в пределах установившихся больших таксономических групп (например, сумчатые и базидиальные). Это, вероятно, связано с их широким проникновением в экологические ниши паразитизма и симбиоза. Обратная изменчивость в сторону ауксоавтотрофности у грибов наблюдается, сравнительно редко.

Иногда гетеротрофность в отношении витаминов наблюдается на ранних стадиях развития: в процессе прорастания спор и в первых этапах роста. Такое явление наблюдалось у Myrothecium verrucaria, реагирующего на витамины только в начале развития, тогда как дальнейший рост его мицелия не нуждается в витаминах. Это может говорить об адаптивном характере биосинтеза данного витамина. Примеров доказательства адаптивности биосинтеза витаминов у грибов довольно много. Так, для Histoplasma capsulatum тиамин и биотин требуются только при развитии в дрожжевидной форме, тогда как развитие в форме мицелия возможно и в их отсутствие.

Потребность в факторах роста часто зависит от условий обитания грибов, например от температуры культивирования. Так, существует мутант Neurospora, нуждающийся в рибофлавине. Однако эта потребность выявляется у него только при температуре выше 25°С. Стимуляция роста Coprinus fimetarius метионином выявляется только при температурах более 40°С (Fries, 1951). Saccharomyces cerevisiae испытывает потребность в пантотеновой кислоте при температуре 38°С, но растет на синтетической среде без этого витамина при 30°С. Aspergillus niger нуждается в биотине и других факторах роста, когда его выращивают при температуре выше 42,7°С и вводят в среду в качестве источника углерода рамнозу (Fries, Källströmer, 1965).

Иногда потребность грибов в факторах роста может зависеть от состава, концентрации и уровня активной кислотности питательной среды. Например, Pythium butleri на среде с аспарагином при концентрации солей, равной 16,4 г/л, испытывает потребность в тиамиие, тогда как при их концентрации в пределах 1,64 г/л эта потребность отсутствует. Зависимость потребности грибов в витаминах от рН среды может быть проиллюстрирована следующими примерами. Sordaria fimicola на кислых средах (с рН менее 4,0) нуждается в тиамине, тогда как при более высоком рН она растет без него. Существует также мутант Neurospora crassa, потребность которого в парааминобензойной кислоте зависит от уровня рН среды. Другой мутант Neurospora, полученный у вида N. sitophila, проявляет потребность в пиридоксине при росте на средах с нитратом и аминным азотом (аминокислотами), но на средах с солями аммония и в пределах рН 5,6-7,3 этой потребности у него нет, что объясняется зависимостью биосинтеза этого витамина от высвобождения аммиака, которое возможно только при данных уровнях рН (от 5,6 и выше).

Отсутствие потребности в витаминах при росте на среде с предшественником указывает на наличие блока в процессе его биосинтеза на ступени, предшествующей этому метаболиту. Такой случай наблюдается у Trichophyton equinum, для которого необходимая ему никотиновая кислота может быть заменена триптофаном. Если добавление в среду непосредственного предшественника витамина не улучшает роста, это обычно свидетельствует о том, что метаболический блок находится на последней ступени биосинтеза витамина. Подтверждение этого получают при добавке в среду веществ, необходимых для обмена и образующихся при участии этого витамина. Так, у Pityosporium ovale тиамин, в котором он нуждается, можно заменить добавкой в среду щавелево-уксусной и α-кетоглутаровой кислот, образующихся при участии декарбоксилирования, а у Torula cremeris добавкой аспарагиновой кислоты. Также и у Ophiostoma pini рост без биотина возможен в присутствии аспарагиновой и олеиновой кислот, а у Neurospora crassa при использовании в качестве источника углерода вместо глюкозы, кислот цикла Кребса или фруктозы. Это явление довольно часто встречается у природных видов грибов и носит название "обхода" (by passing).

Иногда потребность в витаминах возникает в условиях анаэробиоза. Например, ауксоавтотрофный в аэробных условиях Мuсоr rouxii в условиях недостатка кислорода нуждается в тиамине и пантотеновой кислоте. При большой стойкости этого признака потребности в витаминах в пределах вида можно использовать, как критерий в систематике. Такие критерии использовались, например, при составлении ключей для определенных видов рода Trichophyton, рода Rhodotorula или рода Exobasidium.