第一章　真菌的形态学特点与生长繁殖

真菌（fungi）是一类在自然界广泛分布的真核生物类群，目前在生物分类体系中属于独立的真菌界，是由一个共同祖先进化而来的单系群。真菌细胞具有真正的细胞核和核膜，以及各种细胞器。真菌菌体通常为分枝繁茂的菌丝体，菌丝呈顶端极性生长。它们的细胞壁主要由甲壳质（又称几丁质）、葡聚糖、壳聚糖、甘露聚糖和糖蛋白以不同的组合形式构成。真菌是异养型生物（缺乏叶绿素），因此需要现成的有机物作为自己的营养。真菌通过分泌胞外酶降解外源底物获取营养，还可以通过细胞壁吸收释放的营养物质。营腐生、寄生、共生和超寄生生活。真菌的繁殖方式包括有性生殖和无性生殖，细胞分裂形式是减数分裂或有丝分裂。目前已经发现并命名的真菌约有13.5万种，每年发现1 000～1 500种新种，尚未发现的真菌估计有100万～1 000万种。在已经命名的真菌中，与人类或动物疾病相关的约500种，而能够感染正常个体的只有50种左右，大多数为机会致病性真菌。

能导致人类和动物真菌感染的病原菌称为病原真菌，所引起的疾病称为真菌病，真菌还可引起人类过敏性疾病和真菌毒素中毒症。真菌感染或真菌病按照其侵犯部位可大致分为浅部真菌病和深部真菌病，后者包括皮下真菌病和侵袭性真菌病。医学真菌学是研究人和动物的真菌病及其病原真菌的学科。

随着免疫抑制患者不断增多，由机会致病菌所致真菌感染的发病率和病死率呈急剧上升趋势，这种现状已日益受到医学界的关注。目前除了已知的皮肤癣菌和某些致病性双相真菌外，有不少与人类共生或腐生于自然界的真菌可以引起机会性感染。最常见的有念珠菌、曲霉、隐球菌、毛霉等机会致病菌。而且还不断有新的致病菌种出现。对病原真菌感染的早期、特异诊断对于提高临床诊治水平，改善患者预后至关重要。病原真菌的分类经历了从形态学到生理学、细胞学、遗传学以及分子系统发育的发展，目前已经进入到基因组学和功能基因组学的阶段。但在临床实验室中，需要对分离到的病原真菌进行快速识别和鉴定。因此，了解病原真菌的形态学特性及其生长繁殖的特点这些基础知识，对于提高实验室诊断水平是十分重要的。

一、真菌形态学基本特性

真菌形态学基本特性在真菌鉴定方面依然有着重要作用。真菌属于真核生物，形态多种多样，大小变化很大，可以由多细胞或单细胞构成。大多数真菌的营养体是多细胞结构的丝状体，其基本结构为管状或丝状的菌丝（图1-1），多数菌丝分枝延伸、交织成团形成菌丝体，这类真菌称为丝状真菌或霉菌。另一类营养体属于单细胞性真菌，主要包括酵母菌，通过芽殖和裂殖的方法进行繁殖，产生芽孢（图1-2）。霉菌或酵母菌这两大类真菌在形态学上有很大不同，但在生理学和遗传学上差别不大。除此之外，还有双相真菌（又称二型性真菌），这类真菌具有在不同温度条件下变换形态特征的能力，即由在自然环境中形成的多细胞霉菌相转变为在组织中芽殖的单细胞酵母相，双相真菌是人类重要的致病性真菌。主要包括荚膜组织胞浆菌（Histoplasma capsulatum）、皮炎芽生菌（Blastomyces dermatitidis）、粗球孢子菌（Coccidioides immitis）、巴西副球孢子菌（Paracoccidioides brasiliensis）、马尔尼菲篮状菌（Talaromyces marneffei）和球形孢子丝菌（Sporothrix globosa）等。后两者是我国地域性流行真菌感染的病原菌。

真菌菌丝或芽孢经大量生长繁殖后形成的真菌菌丝或细胞的聚合体称为真菌菌落，在固定的培养条件下，其形态特征是分类鉴定的重要依据。真菌菌落主要分为以下几类：①酵母型菌落（图1-3A），柔软、光滑、湿润、奶酪样。在光镜下可见单细胞性的芽生孢子，无菌丝。②类酵母型菌落（图1-3B）：外观与酵母型菌落相同，但镜下可见假菌丝或真菌丝。③丝状型菌落（霉样菌落，图1-3C），呈绒毛状、棉毛状、粉末状等，在光镜下可见有隔或无隔、分枝或不分枝、有色或无色的各种类型的菌丝。④双相真菌（图1-4A，1-4B）：在室温（27℃）培养时呈丝状型菌落，而在体温（37℃）培养时则呈现酵母型菌落。真菌菌落的形状可为疏松、紧密、平坦、光滑等，质地可为毡状、絮状、毛发状、绳索状、皮革状等，菌落的颜色也是多种多样的，其直径大小与其生长速度相关。

二、真菌的基本形态结构

真菌属于真核细胞，具有真正的细胞核，被核膜包绕，上具有核孔，核中有核小体和线性染色体。细胞质中有各种膜包绕的细胞器，如线粒体、内质网、核糖体、液泡、囊泡、高尔基体、溶酶体等。细胞质中还含有微管和肌动蛋白骨架等，主要与细胞器移动有关。真菌的细胞壁、细胞膜及细胞器等超微结构需要借助透射电镜放大后进行观察。

（一）真菌细胞壁和细胞膜的组成

真菌细胞壁十分坚固，位于细胞膜外，其主要功能包括维持细胞的形状、保护细胞免受环境的影响、调节营养物吸收和代谢产物分泌、组成真菌的抗原成分等。真菌细胞壁在生长繁殖以及与其他生物之间的相互作用中发挥着重要作用。真菌细胞壁的主要成分是多糖，所有细胞壁均具有纤维状和无定形两类组分。纤维状组分主要包括甲壳质和葡聚糖。甲壳质主要是由β-（1，4）键连接的N-乙酰葡糖胺聚合物形成的微纤丝。葡聚糖主要包括β-（1，3）和β-（1，6）葡聚糖两种。无定形组分主要由多糖组成，多为可溶性，包括α-葡聚糖和甘露糖蛋白等，常混杂在纤维网中，可使细胞壁具有通透性。细胞壁的组分分析已成为真菌分类的重要依据。真菌细胞壁组分如β-（1，3）-D-葡聚糖作为绝大多数真菌共有的标志物、隐球菌荚膜多糖、曲霉半乳甘露聚糖等胞壁成分的检测实验已成为诊断侵袭性真菌感染的重要手段。同时，抑制真菌细胞壁成分如葡聚糖合成已成为抗真菌治疗的重要靶点。

真菌细胞膜含有大量的麦角固醇，与人类细胞膜的主要成分为胆固醇不同，真菌细胞膜是多烯类和唑类等抗真菌药物作用的靶位。真菌细胞膜的主要成分为脂质和蛋白质。细胞膜的结构也是由蛋白质和磷脂双分子层镶嵌排列而成。真菌细胞膜具有选择性通透功能，它控制着细胞和细胞器的物质交换，维持真菌细胞正常的生命活动。

真菌细胞壁和细胞膜的组分从外向内主要包括：①甘露聚糖蛋白；②β-（1，3）和β-（1，6）葡聚糖；③几丁质；④磷脂双分子结构与麦角固醇（图1-5）。

（二）真菌的隔膜

高等真菌如子囊菌和担子菌，其菌丝中具有典型的横壁称为隔膜，为有隔菌丝；而低等真菌如毛霉，其菌丝中不存在隔膜，称无隔菌丝。隔膜是细胞壁的一部分，其形成直接与核丝分裂有关。隔膜上有孔，孔附近的沃鲁宁体（Woronin body）可以在机械损伤后堵塞隔膜孔，防止胞质流失。各类真菌隔膜不尽相同，主要包括：①单孔型；②多孔型；③桶孔型。

（三）真菌细胞核

真菌细胞核的功能是携带遗传信息，控制细胞的增殖和代谢。真菌细胞核是有双层膜结构的细胞器，直径2～3μm，核膜上有数个核孔，通透性很强，是核与细胞质间物质交换的通道。核内线状排列的染色体由DNA和组蛋白牢固结合而成，数目因种而异。真菌染色体的DNA数量与原核生物相似，而结构与真核生物一致。核仁是合成核糖体的场所。真菌核内染色体较小，用常规方法不易见到，脉冲电场凝胶电泳（PFGE）技术通过对电泳核型的分析已广泛应用于真菌染色体数目和大小的测定。

真菌的基因组大小差异超过30倍，在2.5～81.5Mb之间。目前很多真菌的全基因序列测定已完成，包括核糖体基因、线粒体基因和编码蛋白质基因。核糖体基因对于真菌的系统分类和进化研究具有重要意义。随着微生物基因组计划的进展，已完成了包括白念珠菌及其他致病性念珠菌、新生隐球菌、粗球孢子菌、烟曲霉、构巢曲霉、组织胞浆菌和肺孢子菌等多种重要的病原真菌在内的全基因组测序工作，而且部分菌种还进行了重测序，这些序列资料为深入研究病原真菌的分子系统发育，更加深入地了解其生物学特性奠定了基础。

三、真菌的生长

真菌的生长包括菌丝体生长和芽孢的生长。

（一）菌丝体生长

丝状真菌的生长特征是菌丝顶端延长。一般先由孢子萌发产生短的芽管，以芽管顶端为中心向各个方向均等生长。电镜下观察，菌丝体生长时，顶端聚集了很多囊泡，使之肿胀，形成称为顶体的结构，控制菌丝的伸长。参与菌丝极性生长的蛋白结构体还有极体和皮层标记蛋白。菌丝细胞壁有合成酶的存在，促进形成新的甲壳质微丝和细胞壁的伸展，维持真菌的生长，以调整真菌生长的形态。在真菌细胞壁分化时，也会有溶解酶，改变细胞微丝的基质，维持其弹性。丝状真菌分支的产生过程与菌丝顶端生长特点相同，都伴有囊泡的聚集。

（二）芽孢的生长

酵母菌芽孢的生长是通过裂殖和芽殖两种方式完成的。芽殖可为一端、两端和多端芽殖。芽体一般比母细胞小，可连续发芽，形成链状结构，如继续延长则形成假菌丝结构。电镜下可见较多细胞器，伴有增生的小囊泡，但不形成顶体。酵母生长借助顶端生长和赤道扩张相结合的方式，新芽体发生时，胞壁如吹气球般膨出，与母体相连部位出现隔膜，芽体脱落后在母体留下芽痕。酵母菌的裂殖生长不同于原始细胞裂殖，在开始前，母体延长形成圆柱体并进行有丝分裂。在近母体中间部位产生隔膜，一分为二，产生两个大小相同的子细胞。

四、真菌的繁殖

真菌的繁殖方式包括有性生殖和无性生殖。有性生殖经过配子融合和减数分裂将两个细胞核融合，产生有性孢子。有些真菌是自体受精的称为同宗配合，大部分真菌为异宗配合，即只有在两个具有亲和性的菌体接触时才能繁殖产生有性孢子。真菌的有性生殖及其产生的有性结构是其分类鉴定的重要依据。无性生殖主要通过断裂、出芽等方式，不需减数分裂，仅经过有丝分裂形成繁殖体，主要是分生孢子。此阶段称为无性期，在实验室培养阶段最易获得。真菌的分生孢子发生方式和产生孢子的形态、色素、大小、分隔等特性，均可作为实验室真菌鉴定的参考依据。

（一）有性生殖

真菌的有性生殖包括同宗配合和异宗配合之分，同宗配合是单独的个体培养时在单核孢子萌发的菌丝上即可进行有性生殖，不需要交配，，如某些毛霉目的某些种，担子菌无同宗配合。异宗配合则需要交配株才能产生有性期孢子，如新生线性黑粉菌（担子菌）等。有性生殖由四个不同阶段组成：①配偶识别（通过信息素传递信号进行识别）；②质配（两个原生质体互相融合）；③核配（两个胞核融合）④减数分裂。有性生殖主要存在于毛霉和虫霉——产生接合孢子；子囊菌门——产生子囊孢子；担子菌门——产生担孢子。

1.接合孢子

接合孢子是毛霉和虫霉的有性生殖特征。产生于接合孢子囊中，是由两个配子囊互相接合而成。配子囊可以从同一菌丝产生（同宗配合），也可由不同菌丝融合产生（异宗配合）。在两个配囊柄之间，当两个配子囊互相融合后，横隔消失，前接合孢子囊形成，以后囊增大、壁加厚，核融合，形成接合孢子（图1-6）。

2.子囊孢子

子囊孢子是子囊菌的有性生殖特征。子囊主要由产囊体和产精器产生。子囊孢子的数目通常为8个，其形状多种多样，有椭圆形、圆形或线形；单孢或多孢；呈单行、双行或平行排列于子囊内。低等子囊菌的子囊常单独存在，高等子囊菌的子囊被包围在包被结构中，形成子囊果，分为五型。①闭囊壳：囊壁完全闭锁，只在完全成熟破裂后才释放孢子。②裸囊壳：子囊果外面有一层疏松网状包被，还有多少不等的菌丝，当成熟时，包被崩解，子囊孢子释放。③子囊壳：是闭锁子囊果，顶端有孔，包被常由假性间质细胞层组成，成熟后由开口释放孢子。④子囊盘：是一个杯状开口的子囊果。⑤子囊座：直接在子座的洞穴（子囊腔）内形成子囊，从子囊腔释放出孢子（图1-7）。

3.担孢子

担孢子是担子菌的有性生殖特征。由担子产生担孢子（图1-8）。担子直接生于体细胞菌丝上，大多数担子菌体细胞菌丝有两个核（双核）。有的双核不融合，但同时进行有丝分裂，在双核细胞准备分裂时，在两个核之间，有一钩状短枝伸出，称为锁状联合，两个核之一游走至此之内，两个核同时分裂，子核在锁状联合内形成，母核仍留在原菌丝内，沿纵轴分裂，当锁状联合与菌丝联结时，产生隔膜。

（二）无性生殖

真菌的无性生殖主要包括酵母菌芽孢的芽殖和裂殖两个类型以及丝状真菌菌丝无性生殖。菌丝的无性生殖种类比较多，包括产生孢囊孢子、关节孢子、厚壁孢子和分生孢子等几种类型。

1.酵母菌无性生殖

酵母菌无性生殖包括芽殖和裂殖。

（1）芽殖：

是从细胞壁的某一点发芽，母细胞进行核分裂，一部分核进入子细胞，以后在母细胞和子细胞之间产生横隔，成熟后从母体分离，隔膜分开时，在母体形成芽痕，在芽体形成胎痕（图1-9）。

（2）裂殖：

是指细胞先延长，核一分为二，中央产生横隔，分成两个子细胞，如马尔尼菲篮状菌在组织内是裂殖繁殖的，着色芽生菌病的致病菌在组织内也是裂殖繁殖的（图1-10）。

2.丝状菌无性生殖

丝状菌无性生殖主要包括孢囊孢子和分生孢子，分生孢子繁殖又包括菌丝型孢子和芽殖型孢子两类。菌丝型孢子包括关节孢子、粉孢子、厚壁孢子；芽殖型孢子主要包括全芽殖型和内芽殖型。

（1）孢囊孢子：

主要见于毛霉目真菌中的毛霉、根霉、根毛霉等，孢子囊、孢囊孢子和孢囊梗各有不同，可作为菌种鉴定依据。孢子囊发生于菌丝分枝或其顶端，菌丝的核及细胞质移至菌丝顶端，顶端肿胀产生孢子囊，中央有囊轴产生，发育时细胞质中产生孢囊孢子，成熟时孢子囊破裂，释放孢囊孢子（图1-11）。

（2）分生孢子：

是最常见的无性孢子。主要见于无性型丝状子囊菌和担子菌，其种类多种多样。分生孢子发生主要有菌丝型和芽殖型两大类。

1）菌丝型孢子发生：

菌丝型孢子发生是由菌丝相转变为分生孢子。主要包括产生关节孢子、粉孢子和厚壁孢子三类。

A.关节孢子：横隔断离或关节孢子断离，如白地霉，白地霉的孢子发生方式为外生关节孢子型（图1-12），而球孢子菌的关节孢子发生方式则为内生关节孢子发生。

B.粉孢子：见于皮肤癣菌，菌丝顶端肿胀，壁加厚，产生横隔，单一菌丝型孢子，如皮肤癣菌的大小分生孢子（图1-13）。

C.厚壁孢子：又称厚垣孢子，属于菌丝型孢子发生，可以在菌丝末端或中间产生厚壁孢子。如白念珠菌在玉米粉吐温培养基上产生，某些毛霉目中的真菌也可产生厚壁孢子（图1-14）。

2）芽殖型孢子：

在生育菌丝顶端如一吹起的气泡，形成一个分生孢子，此过程可以产生单一的分生孢子，称单一型。分生孢子的形成是从产孢细胞的末端和/或侧面产生。其排列可以是向基性地连续产孢，如瓶梗产孢或环痕产孢。也可由退缩性产孢细胞产生。其次是总状型或葡萄串型，分生孢子簇生，常从产孢细胞肿胀的尖端产生，排列可以是同步的或是不同步的。串珠样型分生孢子形成一个向顶性的链的排列，单个或分枝，从产孢细胞顶端或侧面产生。产孢细胞的发生有三种形态，限定型：产生末端的芽生分生孢子后，产孢细胞不再生长；退缩型：连续产生分生孢子后，产孢细胞缩短；增长型：连续产生分生孢子，产孢细胞不断加长。芽殖型孢子按照其孢子与产孢细胞壁之间的关系又可分为以下两大类。

A.外生芽殖型：在芽生分生孢子基部产生横隔，断离时细胞内、外壁均切断。产孢方式可以为孤立的、链状的和合轴（假单轴）式产孢，后者最多见，即围绕一个菌丝（产孢细胞）为主轴，产生芽生孢子如球形孢子丝菌、裴氏着色霉等（图1-15）。

B.内生芽殖型：产孢细胞壁顶端外壁破裂，由内壁参与连续向基性产孢。如瓶梗产孢，见于青霉、曲霉、瓶霉、镰刀菌、枝顶孢等（图1-16）。有各种分生孢子梗，环痕梗产孢是指环痕梗外壁破裂，梗与孢子之间产生横隔，孢子脱落，梗向前生长，遗留一圈环痕，如外瓶霉、帚霉、赛多孢霉等（图1-17）。孔出产孢是由母细胞顶端孔中产生，子细胞的外壁是母细胞的内壁，可以成串产生，如链格孢、离蠕孢、凸脐孢等（图1-18）。

（李若瑜）

主要参考文献

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