о на среде с сахарозой, плохо — на среде «с крахмалом и инулином и из двенадцати испытанных органических кислот не использует ни одной (Mandahar, 1965).

Наивысшей питательностью для грибов обладают спирты с шестью атомами углерода (например, маннит); меньшей — трехатомные спирты, как глицерин, и очень слабой — одноатомные типа этилового и метилового. Альдегиды и кетоны используются грибами хуже спиртов.

Жиры (триглицериды жирных кислот) хорошо усваиваются целым рядом грибов, предварительно расщепляющих их на жирную кислоту и глицерин липазами. Из продуктов расщепления жиров грибы раньше всего потребляют глицерин, а потом уже жирные кислоты: пальмитиновую, стеариновую и олеиновую. Жир-нокислотные компоненты жиров очень хорошо используют сапролегниевые грибы (например, Leptomitus lacteus), что связано с их экологией, поскольку они расщепляют в основном субстраты животного происхождения, а также Penicillium chrysogenum и ряд других видов рода Penicillium.

Близок по строению к жирам воск —сложный эфир мирицило-вого спирта и пальмитиновой кислоты. Использовать его как источник углерода может Aspergillus niger, часто являющийся разрушителем пчелиных сотов. Представители семейства Aspergilla-сеае могут также питаться парафином, но лучше они усваивают углеводы.

Хорошо растут на среде с парафиновыми углеводородами некоторые дрожжи, которые служат для получения кормового белка, применяемого в животноводстве. Способность использовать для питания углеводороды свойственна и ряду гифообразующих почвенных грибов: мукоровым из родов Absidia, Mortierella, Cunning-hamella, Mucor, видам родов Fusarium, Aspergillus, Penicillium^, Spicaria и Trichoderma, которые усваивают углеводороды нефтепродуктов (Билай, Коваль, 1980).

Грибы, расщепляющие углеводороды, разрушают горючее и: смазки, являются причиной закупорки масло- и бензопроводов^ что может вызывать воздушные аварии, коррозию деталей самолетов и других машин. Из карбюраторов самолетов была выделена культура Cladosporium resinae, устойчивая к углеводородам с высоким октановым числом и способная развиваться на них как на единственном источнике углерода (Nicot, Zakartchenko, 1966). Участие углеводородов в обмене грибов подтверждается обнаружением их среди продуктов метаболизма. Так, например, из хламидоспор Ustilago maydis, U. nuda и Sphacelotheca reiliana было выделено соответственно 42, 56 и 146 видов алканов, представленных нормальными парафинами с длиной цепи от 14 до 37 атомов углерода. Подобные же углеводороды выделены из спор-видов Puccinia, хламидоспор Tilletia и спор целого ряда других грибов (Weete, 1980).

Исследование углеродного питания можно использовать для целей таксономии. Так, Курсанов упоминал о Saccharomyces glo-bosus, не содержащем инвертазы и не использующем сахарозу,, который употреблялся для изготовления сладких вин. Недоброд. сахара при применении этого вида составлял 20—25%, а содержание спирта в вине порядка 6—7%.

В отношении углеводного питания различаются между собой не только виды грибов, но также их расы и штаммы. Выделенные из различных сортов хлопчатника штаммы возбудителя вилта Fusarium oxysporum f. vasinfectum отличались друг от друга не только по морфологическим признакам, но и по способности использовать различные сахара. Штамм F3 использовал лучше фруктозу,, тогда как штамм Fi — мальтозу. Таким образом, физиологические критерии следует использовать в таксономии для изучения филогенетических связей очень осторожно, поскольку огромное значение для формирования сходных потребностей в питании имеет сходная экология. Например, как было установлено, из четырех дереворазрушающих грибов (аскомицетов Xylaria digitata и Hypo-xylon rubiginosum, базидиомицетов Polyporus cinnabarinus vt P. conchifer) по питанию источниками азота и углерода P. cinnabarinus оказался ближе к Н: rubiginosum, чем к P. conchifer (Ra-jagopalan, 1965).

Углеводы играют роль не только в процессах роста грибов, но и как стимуляторы прорастания спор и как индукторы биосинтеза адаптивных ферментов. У базидиомицета Schizophyllum commune сахарные спирты активируют прорастание спор в течение экспозиции 30—60 мин, а большая часть Сахаров и гликоген в течение 15—20 ч. Лаг-фаза для прорастания спор этого гриба в присутствии лактозы, сорбозы, раффинозы, трегалозы и мелибиозы составляла от 30 ч до 7 дней, а в присутствии галактозы, инозита» зинулина, рамнозы, фукозы и органических кислот базидиоспоры не прорастали даже после 7 дней инкубации (Niederpruem, Dan-nen, 1966). В качестве индукторов адаптации ферментативной активности в отношении целлюлитических энзимов у 70 исследованных дереворазрушающих грибов могут служить целлобиоза и лактоза, особенно активные в присутствии дрожжевого экстракта, а также некоторые белки (Johnson, 1966). Ароматические соединения, даже содержащие б атомов углерода, усваиваются очень ?слабо.

Из соединений углерода наиболее простого строения грибы могут усваивать углекислоту. Однако единственным источником углерода для гетеротрофных по типу их питания грибов С02, видимо, служить не может. Она усваивается только в процессе определенного этапа углеродного обмена при переходе от гликолитического цикла к циклам ди- и трикарбоновых кислот или жирных кислот, включаясь в фосфоэнолпируват при образовании оксалацетата или в ацетальдегид при образовании малоновой кислоты.

Усвоение С02 грибами было впервые показано с помощью изотопного метода Фостером (1941) на моделях Rhizopus nigricans и Aspergillus niger. Из усвоенной грибом при росте на среде с 5% глюкозы в замкнутом сосуде 14С02 более 1/3 ее оказалось в составе мицелия, а в анаэробных условиях 25% в образованной им фумаровой кислоте (Лилли, Барнетт, 1953; Фостер, 1950). Показана также способность усваивать углекислоту у Blastocladiella pringsheimii и у дереворазрушающего гриба Coniophora cerebella. Усвоение углерода из С02 воздуха меланинсодержащими грибами рода Cladosporium рассмотрено в работе Н. Н. Ждановой и др. (1985).

2. Общие данные об углеродном обмене грибов

Общие представления об интенсивности углеродного обмена у грибов были получены С. П. Костычевым (Kostytschew, 1904) на модели A. niger, растущего на среде с источником углерода в форме хинной кислоты, которая является у бактерий и Neurospora crassa промежуточным продуктом при синтезе ароматических аминокислот. Она легко расщепляется по связи между первым и вторым атомами углерода, переходя при этом в соединение, близкое по структуре к сахарным кислотам, хорошо потребляемым грибами:

Нч /ОН

4 с

но-нс^ ^сн-оп

H2Cv^ >СН2 I^COOH

он

Хинная кислота

Костычев обнаружил, что двухдневная культура A. niger за? сутки выделяет 350% С02 от массы ее сухого мицелия. Так как доля углерода в углекислоте составляет около 1/3 от ее молекулярной массы, то продуктивность дыхания составляет

углерода на 1 кг массы сухого мицелия в сутки. Учитывая, что половина используемых A. niger углеродов уходит на обеспечение биосинтетических процессов в течение роста мицелия, при отнесении его к начальной массе мицелия потребление сахара на чисто энергетические процессы при полном его окислении еще более возрастает.

При затратах большого количества материала для энергетических процессов у грибов экономический коэффициент, т. е. отношение массы сухого мицелия к общему количеству использованного сахара, редко оказывается больше 50%. При росте в разбавленных питательных средах он обычно колеблется от 20 до 40%, при росте на средах с 10—20% сахара часто падает до 10%.

Экономический коэффициент нередко выражают в форме пересчета данных на углерод мицелия и углерод использованного углевода. В этом случае он обычно бывает ниже приведенного ранее, так как количество углерода в мицелии обычно бывает ниже, чем в углеводах (Perlman, 1965).

Низкие экономические коэффициенты выгодны для бродильной промышленности, поскольку ее задачи сводятся к получению продуктов сбраживания углеводов, а не массы клеток продуцента.

Таблица 3.1

Соотношение между экономическим коэффициентом и коэффициентами превращения использованного углерода в углерод мицелия и лимонной кислоты в культуре A. niger (Perlman, 1965)

Определение экономического коэффициента Определение коэффициента превращения

Дни ферментации образованный мицелий,

г использованная глюкоза, г экономический

коэффициент углерод использованного сахара, г углерод лимонной

кислоты, г коэффициент превращения углерода глюкозы: С мнцелня/С лимонной кислоты

4 7

10 0,375 0,676 0,825 2,64 8,78 12,12 14 8 7 0,95 2,92 4,17 0,60 2,18 3,19 17/63 9/74 8/76

Данные о соотношении экономического коэффициента и коэффициента превращения при лимоннокислом брожении с применением A. niger приводятся в табл. 3.1, где можно видеть, как коэффициент превращения нарастает в процессе ферментации.

На уровень экономического коэффициента и коэффициента превращения у грибов могут влиять особенности культуры, ее биохимическая активность и возраст, а также условия среды —температура, аэрация, концентрация используемого углерода, характер источника азота и влияние ионов металлов (Perlman, 1965).

На примере штаммов A. niger, продуцирующего лимонную кислоту, можно видеть влияние на экономический коэффициент их наследственных свойств и возраста культуры. С увеличением возраста экономический коэффициент падает, причем особенно заметно у слабоактивного штамма — продуцента лимонной кислоты. У более активного штамма экономический коэффициент сохраняется примерно на постоянном уровне и оказывается ниже, чем у слабоактивного. Слабоактивный штамм расходует используемый: им сахар в основном на образование мицелия, сильноактивный — на продукцию лимонной кислоты (Perlman, 1965).

Энергетические соотношения при углеродном обмене иногда выражаются также в термодинамической форме в виде коэффициента Рубнера, представляющего собой отношение теплоты сжигания выросшего мицелия в килокалориях на грамм сухого вещества к теплоте сжигания потребленного источника углерода в килокалориях на грамм, выраженное в процентах. Для A. niger при использовании в