Базидиамицеты

Некоторые гипотезы связывают выход растений на сушу именно с симбиогенетическими процессами грибов и водорослей. Даже если эти предположения и не изменят своего фактического подтверждения, то это ни в коем случае не поколеблет того факта, что наземные растения с момента своего появления являются микотрофными. К микотрофным относится подавляющая часть современных растений. Например, по оценкам И. А. Селиванова (1981) почти 80 % высших растений России симбиозируют с грибами.                                                                                                                                            Более всего распространены эндомикоризы (гифы грибов проникают в клетки корня), которые образуют 225 тыс. видов растений, а в качестве грибов-симбионтов выступают чуть больше 100 видов грибов отдела Zygomycota. Другая форма микориз - эктомикоризы (гифы грибов располагаются поверхностно и проникают только в межклетники корней) - зарегистрирована приблизительно для 5 тыс. видов растений умеренных и гипоарктических широт и 5 тыс. видов грибов, относящихся в основном к отделу Basidiomycota. Эндомикоризы обнаружены у самых первых наземных растений, а эктомикоризы появились позже - одновременно с появлением голосеменных.

Микоризные грибы получают от растений углеводы, а растения за счет мицелия грибов, увеличивают поглощающую поверхность корневых систем, что облегчает им поддержание водно-минерального баланса. Считается, что благодаря микоризным грибам растения получают возможность использовать недоступные им ресурсы минерального питания. В частности, микоризы - это один из основных каналов, по которым происходит включение фосфора из геологического круговорота в биологический. Это свидетельствует, что наземные растения не являются полностью автономными в своем минеральном питании.                                          Другая функция микориз - защита корневых систем от фитопатогенных организмов, а также регуляция процессов роста и развития растений.               В самое последнее время экспериментально было показано, что чем выше биологическое разнообразие микоризных грибов, тем выше видовое разнообразие, продуктивность и стабильность фитоценозов и экосистем в целом.                                                                                                                                                          Многообразие и значимость функций микоризных симбиозов выводит вопросы их изучения в число наиболее актуальных. Поэтому кафедрой ботаники Уральского госуниверситета совместно с Институтом экологии растений и животных УрО РАН выполнен цикл работ по оценке устойчивости микориз хвойных к загрязнению окружающей среды тяжелыми металлами и сернистым ангидридом. Полученные результаты позволили поставить под сомнение распространенное среди специалистов мнение о низкой устойчивости микоризных симбиозов к аэротехногенным загрязнениям.                                                                                                                                                           He подлежит сомнению и большое экологическое значение лишайниковых симбиозов. В высокогорных и высокоширотных экосистемах они являются одними из эдификаторных организмов и имеют большое значение для экономики этих районов. Просто невозможно себе представить, например, устойчивое развитие оленеводства - базовой отрасли экономики многих коренных народов Севера - без лишайниковых пастбищ. Однако современные тенденции во взаимоотношениях человека и природы ведут к тому, что лишайники стремительно исчезают из экосистем, подверженных антропогенным воздействиям. Поэтому одной из актуальных проблем является изучение адаптивных возможностей лишайников по отношению к данному классу экологических факторов. Исследования, проведенные на кафедре ботаники УрГУ, позволили выяснить, что лишайники, пластичные в морфологическом и анатомическом отношении, а также обладающие устойчивыми системами размножения, преадаптированы к урбанизированным. Кроме того, одним из важных итогов исследований стала лихеноиндикационная карта, отражающая состояние воздушного бассейна Екатеринбурга.

5. Роль грибов в хозяйственной деятельности.

Возникновение первых цивилизаций связывают с переходом к земледелию и скотоводству. Это произошло около 10 тыс. лет назад и коренным образом изменило взаимоотношения человека с природой. Однако становление ранних цивилизаций было связано и с возникновением хлебопечения, виноделия, где, как известно, используются дрожжевые грибы. Конечно, не может быть речи об осознанном одомашнивании дрожжевых грибов в те давние времена. Собственно дрожжи были открыты только в 1680 году А. Левенгуком, а связь между ними и брожением установлена еще позже - во второй половине XIX века Л. Пастером. Тем не менее, раннее одомашнивание грибов остается историческим фактом и, скорее всего, этот процесс происходил независимо в разных центрах цивилизации. В пользу этого свидетельствует, на наш взгляд, тот факт, что в странах Юго-Восточной Азии культивируемые дрожжи относятся к зигомицетным, а в Европе - к аскомицетным грибам.                                                                                                                Осознанное искусственное выращивание грибов появляется в Китае 1400 лет назад, в Европе - с середины XVII века, в России производство грибов было организовано в 1848 году. В наши дни ежегодный мировой объем производства грибов составляет уже многие миллионы тонн.

ХХ век существенно расширил возможности человека по использованию грибов. Люди давно и широко используют грибы как продукт питания. Грибы богаты белками: в их сухом веществе 20-30% приходится на долю чистого белка. В них содержатся жиры, минеральные вещества, микроэлементы. К последним относят железо, кальций, цинк, йод, калий, фосфор. В сыроежках например, содержится 3,2% фосфора (от общего веса золы), в свинушке толстой – 9,3, в свинушке тонкой – 3,9%. При этом шляпки содержат больше фосфора, чем ножки. В промышленных масштабах выращивают около 10 видов грибов, среди них такие как вешенка устричная и шиитаки. Грибы богаты витаминами и каратинойдамим, содержат немного жиров и углеводов. Некоторые виды используются как продуценты биологически активных веществ, антибиотиков, ферментов.

Протеолитические ферменты базидиомицетов давно и успешно применяются в пищевой промышленности. Например, из культур Irpex lacteus, Fomitopsis pinicola и Russula decolorans выделены, детально изучены и используются в сыроделии протеиназы, заменяющие сычужный фермент. Также является перспективным использование протеиназы плодовых тел вешенки обыкновенной. Сыроежка красная содержит фермент, способствующий свертыванию молока. Ленинградские ученые и вологодские специалисты создали ферментный препарат из сыроежки для изготовления высококачественных сортов сыра, назвав его руссулин – от ее латинского родового названия Руссула. Он заменяет сычужный фермент в производстве творога и сыров. Активность руссулина очень высока: полграмма за полчаса створаживает 100 л молока.

Инженерное воплощение получили биопластики, для склеивания которых используют культуральную среду гриба. К настоящему времени в разработана система обработки технологической щепы, построенная на основе использования двух ленточных конвейеров. Щепа, перемещаясь по первому конвейеру, подвергается паровой стерилизации. На втором конвейере она остужается очищенным воздухом и подвергается обработке специальной суспензией, содержащей культуру гриба и пищевые регуляторы. После этих процедур щепа поступает в бурты, где проходит двухнедельную ферментацию. По указанной схеме был заложен крупномасштабный эксперимент с 50 т древесной щепы, итоги которого продемонстрировали высокую воспроизводимость результатов, полученных в лабораторных условиях. Таким образом, доказана возможность использования биопластика в промышленных масштабах. Еще одно применение дереворазрушающие грибы получили в бумажно-целлюлозной промышленности. Концепция применения биологических препаратов на основе дереворазрушающих грибов для улучшения качества древесных полуфабрикатов эксплуатируется в коммерческих целях уже более десяти лет. Уникальный препарат Sylvanex 97 выпускается известной компанией Clariant на основе культуры гриба Ophiostoma piliferum. Этот гриб позволяет существенно снизить содержание смоляных веществ древесного сырья, увеличить выход продукции, улучшить ее физико-механические свойства, регулировать микрофлору хранящейся щепы, предотвращая появление в ней деревоокрашивающих грибов. В настоящее время права на технологию принадлежат изобретательнице технологии Р. Фаррелл (Parrac Ltd, Новая Зеландия). Постоянным покупателем препарата с 1996 года является фабрика Rayonier Fernandina Beach Pulp Mill, штат Флорида (США). Продукция, выпускаемая этой фабрикой, используется для производства жидкокристаллических панелей, фармацевтических препаратов, ударопрочных пластиков, сигаретных фильтров, косметики, детергентов, красок, взрывчатых веществ и продуктов питания.

Лигнинпероксидаза – фермент, имеющий большое значение для биотехнологии и применяющаяся при делигнификации древесины и получение альтернативного источника топлива, при конверсии компонентов каменных углей до более низкомолекулярных фракций, служащие сырьем для химической промышленности. Также она используется для размягчения и отбеливания целлюлозы в бумажной индустрии, для удаления стойких органических соединений, при полимеризации в индустрии полимеров.

Не так давно на рынке появился фермент нового поколения – грибная сырная закваска, "meito" японского производства. Его получают из пищевого гриба шаиитаки, произрастающего в Японии. Данный пепсин растительного происхождения, но в то же время по своему аминокислотному составу и действию на молоко сравним с телячьим сычужным ферментом. Meito обладает достаточной активностью (не менее 300 000 единиц), малым расходом (всего 1 грамм на 100 литров молока), неприхотливостью и длительным сроком хранения .

Большое значение имеет получение в медицинских целях биологически активных веществ – витаминов, убихинонов (коферментов), ферментов, антиоксидантов, эссенциальных – жизненно необходимых – жирных кислот и аминокислот, микроэлементов и др. Доказана возможность применения отходов пищевой промышленности для выращивания базидиомицетов, при этом не теряют их полезные свойства.

Также созданы активные комплекс грибных ферментов целлюлолитического и гемицеллюлазного действия, которые обеспечивают более глубокую степень мацерации растительной ткани при производстве вин. Использование целлюлолитических и пектолитических ферментных препаратов позволяет усовершенствовать технологию переработки сладких виноградных выжимок. При этом увеличивается выход спирта-сырца и снижается процент примесей в осадке виннокислой извести.

В настоящее время выращивают мицелий вешенки в глубинной культуре на средах с бумагой, древесиной дуба, кукурузными кочерыжками либо веточками от виноградных гроздьев. Для развития дереворазрушающих базидиомицетов в глубинной культуре моно использовать отходы растениеводства и животноводства: меласса, растительные отвары, молочная сыворотка, концентрат клеточного сока картофеля, водный экстракт солодки, растительное масло. Что значительно делает процесс экономически выгодным и позволяет утилизировать отходы производств.

В последнее десятилетие целлюлазы стали широко использоваться в текстильной промышленности, где они применяются для удаления ворсинок и микродефектов при биополировке хлопчатобумажных тканей. Также они используются в процессе удаления индиго из джинсовой ткани (процесс ферментативной депигментации) с целью придания ей внешнего вида "вареных джинсов", где ферменты заменили использовавшуюся ранее пемзу и химическое воздействие. Для обработки джинсовой ткани используют как традиционные целлюлазные препараты, представляющие собой полиферментные системы, так и специально оптимизированные для данного процесса ферментные препараты, выпускаемые рядом зарубежных фирм.

В настоящее время используемые корма для сельскохозяйственных животных содержат в большом количестве клетчатку. Однако животные не способны её переваривать. И потому кормовые ферменты на основе грибных целлюлаз все шире используются в животноводстве для предварительной обработке сырья. Так создана кормовая добавка «Флекс 400» на основе гриба Lactiporus sulphureus в животноводстве, «Фловин» – Fusarium sambizium, комплексная добавка «ЗМВБЛГ».

Высшие базидиальные грибы обладают не только большой питательной ценностью, но также служат источником биологически активных веществ, что их выдвигает на первый план в качестве дешевого сырья для получения фармакологически ценных компонентов. Гетерополисахариды и хитин-глюкановый комплекс Ganoderma applanatum, Flamulina vuliteps, Fomes fomentarius обладают выраженным иммуностимулирующим эффектом. Липиды в комплексе с клеточными полисахаридами Agrocybe aegerita, Lentinus edodes, Lactiporus sulphureus проявляют противоопухолевой активностью. Создаются различные композиции на основе экстрактов из плодовых тел, мицелия. Препарат Микотон на основе гриба Fomes fomentarius проявляет активность к широкому спектру заболеваниям.

Препараты из чаги – стерильная форма трутовика ложного (Inonotus obligues), увеличивает сопротивляемость раку и используются для лечения язвенной болезни, гастритов и других желудочно-кишечных заболеваний. Вытяжки из плодовых тел некоторых видов маразмиусов (негниючников) подавляют рост туберкулезной палочки. ООО «Гелла-Фарма» разработало и защитило патентами биотехнологию промышленного получения натуральных композиций биологически активных веществ продуцируемых мицелиальными грибами. Производимые субстанции представляют собой смесь из фосфолипидов, ферментов, полисахаридов, убихинонов, в том числе Q10, витаминов и др.

Показано что экстракт гриба Pleurotus ostreatus обладает выраженной противовоспалительной активностью. Полисахариды трутовика Canoderma lucinum фукогалактан и ксиломаннан обладают в 99% случаях противоопухолевой активностью. Выделены из плодовых тел Flammulina velutipes β-глюканпротеиновый комплекс (ЕА6), из мицелия – комплекс «профламин» обладают противоопухолевой активностью (против меланомы В-16, рака легких Льюиса, аденомы, иммунной стимуляцией на макрофаги.

Активные ферментные комплексы дереворазрушающих грибов могут быть использованы в промышленности для обесцвечивания сточных вод. Так, например, для обесцвечивания стоков, содержащих мелассу, отходы гидролизного производства. К факторам обесцвечивания сточных вод дереворазрушающими грибами относят также хелатирующие агенты. Наблюдалось значительное ослабление окрашивания сточных вод и на 50% снижение биологического и химического потребления кислорода. Pleurotus ostreatus может быть использован для обесцвечивания и снижения ХПК в сточных водах, содержащих винассу и экстракт кофейной гущи. Показана возможность использовать Trametes trogii и Trametes versicolor для обесцвечивания различных промышленных красителей. Лакказу применяют в биосенсорах например, анализ фенольных соединений. Показана возможность использования лакказы Coriolus versicolor для определения фенолов включая лигнины, в сточных водах промышленных предприятий.

Создана коллекция макромицетов как база для образовательного процесса и создание современных биотехнологий.

Использования лакказно-медиаторной системы является делигнификация и обесцвечивание бумажной пульпы, вторичной переработки макулатуры и детоксикация промышленных отходов. Принцип функционирования таких систем состоит в ферментативном окислении медиаторов лакказ с образованием продуктов с высокими редокс потенциалами. Последние могут взаимодействовать с карбогидратами, лигнином или другими экотоксикантами (красители, пестициды и др.) и проводить их деструкцию.

Крупным событием, оказавшим заметное влияние на развитие цивилизации, стало открытие А. Флеммингом пенициллина, получаемого из сумчатых грибов рода Penicillium - Р. chrysogenium, P. notatum. Открытие этого антибиотика не только позволило спасти миллионы жизней, но и стимулировало поиск новых антибиотиков, многие из которых уже включены в арсенал современной медицины. Другое крупное событие в медицине - трансплантация органов - также связано с грибами. Одной из проблем при операциях такого типа, является отторжение пересаженных органов, и для снятия данного эффекта, как известно, применяют иммунодепрессанты. Среди них одним из наиболее эффективных является циклоспорин, который получают из гриба Tolypocladium inflatum (Dictionary ... 1996).