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科学 / fungi

真菌

真菌是以吸收方式获取营养的异养真核生物,构成一个生物界,包括酵母、霉菌及形成蘑菇的生物。

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真菌是通过吸收周围环境中的有机物来获取营养的真核生物,构成一个生物界。它们包括单细胞的酵母、丝状的霉菌,以及产生蘑菇等明显生殖结构的生物。与植物不同,真菌不进行光合作用。分子证据表明,真菌与动物的亲缘关系比与植物更近。真菌的活动多种多样,既能使死亡有机物重新进入物质循环,也能与其他生物建立共生关系,或引发疾病。研究真菌的科学称为真菌学。(openstax.org)

结构与营养

典型的真菌细胞含有由膜包裹的细胞核及内部细胞器。其细胞壁通常含有几丁质和葡聚糖,而不是植物细胞壁所特有的纤维素。细胞膜通常含有麦角固醇,这是一种有助于维持膜功能的甾醇。这些特征使真菌有别于植物和细菌,对鉴定真菌及理解其生理特性具有重要意义。(openstax.org)

大多数丝状真菌以细长、分枝的管状结构生长,这些结构称为菌丝。菌丝共同组成菌丝体,构成真菌营养体的主要部分。菌丝往往具有横向隔壁,隔壁上有孔,可供物质在相邻区室之间流动。另一些菌丝没有规则的隔壁,多个细胞核存在于连续的细胞质中。酵母通常以单个细胞的形式生长;有些真菌可以在酵母样形态和丝状形态之间转换。蘑菇通常只是生殖结构,并非整个真菌个体。(openstax.org)

真菌是以吸收方式获取营养的异养生物。它们释放酶,在细胞外分解复杂物质,然后吸收由此产生的较小化合物。这种方式使不同种类的真菌能够利用死亡有机物、活体宿主,或共生伙伴提供的资源。菌丝在基质中生长时会接触到营养物质,而其细长的形状则提供了较大的吸收表面积。(openstax.org)

繁殖与生活史

真菌通过多种有性和无性过程繁殖。无性繁殖包括酵母出芽、菌丝断裂,以及产生孢子。孢子能够传播,并在条件适宜时萌发,形成新的生长体。孢子是生殖细胞,而不是种子;产生孢子的过程也不一定涉及有性生殖。(openstax.org)

有性生殖通常涉及三个可以区分的过程:质配,即细胞质融合;核配,即细胞核融合;以及使染色体数目减少的减数分裂。细胞质融合与细胞核融合不一定同时发生。在许多真菌中,遗传组成不同的单倍体细胞核会先共存一段时间,最终才融合。双核状态特指一个区室内含有两个彼此独立的单倍体细胞核,这种状态在许多形成蘑菇的真菌生活史中十分重要。(openstax.org)

不同类群的生活史差异很大。有些真菌的单倍体阶段持续很长时间,有些维持双核菌丝体,而酵母则可能在单倍体和二倍体生长阶段之间交替。因此,无论是否产生蘑菇,或是否采用某一种繁殖模式,都不能作为界定真菌界的依据。(openstax.org)

多样性与分类

真菌分类学综合运用结构特征、繁殖特征和分子证据。基于 DNA 序列的系统发育学分析,修正了过去主要根据外观推断的亲缘关系。“酵母”和“霉菌”等常见名称描述的是生长形态,而不是单一的演化谱系;相似的形态可出现在真菌界的不同分支中。(pmc.ncbi.nlm.nih.gov)

两个主要类群是子囊菌门和担子菌门:前者的有性孢子在囊状的子囊内发育,后者的有性孢子在担子上发育。子囊菌门包括羊肚菌、松露,以及许多酵母和霉菌。担子菌门包括大多数常见的具有菌盖和菌柄的蘑菇、层孔菌、锈菌和黑粉菌。其他谱系包括壶菌,其中许多能产生可游动的孢子,以及与丛枝菌根相关的真菌。(openstax.org)

较早的分类体系将许多真菌归入接合菌门,或将尚未发现有性阶段的物种归入半知菌门。分子研究表明,这些类别无法充分反映演化关系。原先归入其中的成员已被重新分类,而若干真菌谱系的界定仍是活跃的研究课题。(pmc.ncbi.nlm.nih.gov)

生态作用

真菌生活在陆地和水生环境中,包括土壤、腐木、活体组织和海水。许多真菌推动分解作用,将死亡生物中的营养物质释放回周围环境。它们对有机物的分解是碳循环的重要环节,并影响生态系统中营养物质的可利用性。另一些真菌则通过寄生或捕食,而非分解作用来获取资源。(openstax.org)

菌根是真菌与植物根系形成的联合体。真菌菌丝可以延伸到根系周边以外的区域,为植物提供矿质营养和水分;植物则提供有机化合物。不同类型的菌根,其真菌组织在根系周围或内部的分布方式有所不同。地衣由真菌与能进行光合作用的伙伴结合而成,后者通常是藻类或蓝细菌;地衣能够生活在许多其他生物难以生存的无遮蔽环境中。(openstax.org)

人类利用与疾病

真菌既能直接作为食物,也能在食品生产过程中转化原料。食用菌包括香菇、羊肚菌和鸡油菌。酵母在面包制作和酒精饮料生产中进行发酵,将糖转化为乙醇、二氧化碳等产物。某些选用的霉菌有助于奶酪熟成。工业生产也利用真菌产生的酶和其他代谢产物。(openstax.org)

真菌产生可用于药物的化合物,其中包括青霉素。它们也是重要的实验生物:酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)和粗糙脉孢菌(Neurospora crassa)为遗传学、细胞功能和代谢研究作出了贡献。由于它们培养起来相对方便,研究人员可以借助它们研究其他真核生物也具有的生命过程。(openstax.org)

有些真菌会引起作物病害、食品腐败,或使动物和人类受到感染。目前已知能使人患病的真菌只有几百种。人类真菌感染既包括体癣等浅表性疾病,也包括侵袭性疾病;免疫功能低下者发生许多真菌感染的风险更高。这些致病物种只占真菌多样性的一小部分。(cdc.gov)

发现与保护

真菌物种的总数尚不确定,因为许多物种仍未被描述,或仅凭外观难以区分。英国皇家植物园邱园在 2023 年的评估中估计,全球约有 250 万种真菌,并提出总数可能在 200 万至 300 万种之间。这是估计值,而非已正式命名物种的统计数量。基于 DNA 的调查和对馆藏标本的检查,有助于揭示此前未被认识的多样性。(kew.org)

对真菌分布和种群变化趋势的了解有限,制约了真菌保护工作。邱园在 2023 年报告称,已知真菌物种中只有一小部分接受过正式的保护状况评估,因此人们对其现状和所受威胁的认识仍存在很大空白。(kew.org)