食用菌是通過什麼方法吸收營養物質的?它又會吸收哪些營養物質?

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食用菌生長髮育需要從基質中吸取各種營養物質,這些營養物質在相對分子質量、結構特徵、理化性質等方面有較大的差別,它們進入細胞要克服重重阻礙,如細胞壁、胞間質、細胞膜等。細胞壁是一種網狀結構,相對分子質量在300左右的物質可以透過,超過700的物質不能透過。一些小分子化合物,如單糖、氨基酸能自由通過而大分子物質不能透過細胞壁。

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食用菌

在自然界中,食用菌生長基質是天然有機物質,如枯木、稻草、枯枝落葉等,它們富含木質素、纖維素、半纖維素、果膠、蛋白質和澱粉等大分子物質這些物質不溶於水。對這些大分子營養物質進行吸收之前,首要問題是對它們進行降解。食用菌能分泌各種胞外酶,將它們降解為能溶於水的小分子物質,然後才能吸收和利用。營養物質吸收不僅受到細胞壁的限制,還受到細胞膜的選擇性透過屏障的影響。細胞膜控制著營養物質的吸收和代謝物的排出,影響著細胞代謝、生長和分化。因此,膜轉運機制是食用菌生理學的重要內容。細胞膜對營養物質的吸收方式包括自由擴散、協助擴散、擴散通道和主動轉運。

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食用菌栽培

自由擴散是一類依靠純物理學原理而進行的營養物質吸收過程,脂溶性物質如有機酸、短鏈烷烴、長鏈脂肪酸等,可以通過濃度差自由擴散到細胞內親脂性代謝產物、氣體化合物也可以通過自由擴散排出細胞外。營養物質通過自由擴散進行吸收,不需要消耗能量。協助擴散與自由擴散一樣,營養物質由於膜內外濃度差而進入細胞,不需要消耗能量;但與自由擴散不同,營養物質需要細胞膜上的通透酶協助,因此具有選擇性。擴散通道就像一扇壓敏閥門,它可以短時間開啟,讓離子順著濃度梯度進入細胞內。通常當細胞膜帶正電時,閥門打開,離子進入細胞;當細胞膜轉變成帶負電時,閥門關閉。鉀離子就是通過這種方式進入細胞的。

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食用菌栽培

主動轉運是一個需要耗能的過程,由ATP提供能量。這種方式能逆濃度梯度進行吸收,即細胞內的濃度可以高於細胞外的濃度。許多營養物質的吸收是通過主動轉運的方式,如糖、氨基酸和離子等。1.礦質元素的吸收、礦質元素的吸收主要依靠主動吸收。細胞內鉀的濃度能比細胞外高出5000倍。二價元素的吸收需要伴隨著磷的吸收,如果缺乏葡萄糖和磷,二價元素就難以吸收。鉀能極大地促進二價元素的吸收,但二硝基酚、疊氮化合物和砷酸鹽則抑制二價元素的吸收。磷、硫的吸收也是主動吸收。磷主要以H2PO4形吸收。鉀能促進磷的吸收,但受到砷酸鹽和能量代謝抑制劑的抑制。運載硫的透性酶也可以運載亞硫酸根、銫酸根和鉬酸根。硫的吸收受鉻酸鹽離子的競爭性抑制。由於缺乏靈敏的檢測技術,對硝酸鹽的吸收過程研究較少,一般認為其與硝酸還原酶有關,但並不是由於硝酸還原酶產生濃度梯度而進行的擴散作用。氨離子可以直接被菌絲吸收,但它是主動吸收。

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2.氨基酸的吸收、氨基酸的吸收屬於主動吸收。氨基酸種類多,通常由不同的載體蛋白來完成吸收過程,但有些氨基酸可以由2種或多種載體蛋白載運進入細胞內。3.單糖和二糖的吸收、單糖包括葡萄糖、果糖、半乳糖等。通常單糖的吸收在高濃度時表現為自由擴散作用而進行被動吸收,在低濃度下則表現為主動吸收過程。二糖包括纖維二糖、麥芽糖和蔗糖等。蔗糖的吸收是在細胞壁上轉化酶的作用下,將蔗糖降解為葡萄糖和果糖後才進行吸收。菌絲分泌於胞外的B-葡糖苷酶、麥芽糖酶,將細胞外的纖維二糖和麥芽糖降解為葡萄糖之後,再進行吸收。

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食用菌栽培

4.纖維素和半纖維素的降解與吸收、纖維素是食用菌生長所需的主要碳源,菌絲通過分泌胞外酶對纖維素進行降解。纖維素酶是一種複合酶,包括C1酶、C酶和B-葡糖苷酶。在分解天然纖維素時,首先由C酶隨機作用於天然纖維素長鏈的薄弱點,切割成短鏈,產生許多可反應的鏈端,然後由C1酶從這些短鏈的非還原端逐個切下纖維二糖,最後由β-葡糖苷酶將纖維二糖降解成葡萄糖,葡萄糖通過擴散作用或主動吸收進入細胞內。在天然的基質中半纖維素普遍存在,其是由木糖、阿拉伯糖、葡萄糖、甘露糖、乳糖以及糖醛酸混雜而成的雜聚物。半纖維素所包括的化合物種類很多,半纖維素酶也各不相同,如木聚糖由木聚糖酶水解、阿拉伯聚糖由阿拉伯聚糖酶水解。半纖維素比纖維素易分解,但也需要多種酶促反應才能完全水解。

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5.木質素的降解與吸收、構成木質素的成分複雜,一般認為其是由一個苯酚丙烷單體所組成,每個單體由松柏基、芥子基及香豆基醇所構成。纖維素或蛋白質的降解最後都產生可溶性的單體,而木質素的降解則不同,通常先進行氧化,使芳香環開裂,破壞木質素網絡結構。至今為止,對木質素的降解過程尚不清楚,一般認為,真菌對木質素的降解與胞外酚氧化酶(如漆酶)有關。食用菌對木質素的降解通常不是直接為菌絲生長提供碳源和能源,而是為了纖維素酶能降解被木質素網狀結構包圍的纖維素。6.蛋白質的降解與吸收真菌細胞膜只能透過帶有3~5個氨基酸的短肽,因此菌絲對基質中蛋白質的利用需要先進行降解。菌絲能分泌胞外蛋白酶和肽鏈端解酶,在這些酶的作用下將蛋白質降解為氨基酸或短肽。


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