В одной капле бродящего сусла имеются тысячи дрожжевых клеток, видимых при увеличении примерно в 300 и вполне отчетливо в 600 раз. В большинстве случаев они яйцевидной формы; некоторые из них в виде круглых шариков, колбасовидные и даже грушевидные, иногда имеющие заострение на одном из своих концов. Это — бесцветные одноклеточные растительные организмы с дифференцированной наружной оболочкой. Размер их в наибольшем диаметре достигает 10 микрон.2
Рис. 57. Почкующиеся дрожжевые клетки.
По наблюдениям Ганзена и других внешний вид дрожжевых клеток изменяется под влиянием высокой температуры и питательной среды.
1 В конструкцию пресса внесены некоторые изменения, которые увеличили его производительность. Это большое достижение мастерской, раньше не вырабатывавшей столь сложных и мощных машин.
2 Микрон = 0,001 мм.
Отдельные дрожжевые клетки (рис. 57) имеют вид мешочка, наполненного внутри бесцветной протоплазмой, состоящей из содержащей белок коллоидальной массы, которая заполняет содержимое клетки и вплотную прилегает к наружной ее оболочке. Протоплазма иногда имеет сетчатый вид и включает в себе, особенно в старых клетках, ясно выраженную грануляцию и блестящие тельца. При окраске иодистыми растворами (иодом или иодистым калием) плазма окрашивается в желтый цвет, а кожица остается бесцветной.
Внутри протоплазмы дрожжей усматриваются наполненные жидкостью преломляющие свет пространства, или вакуоли. Они окружены оболочкой, отграничивающей их от плазмы. Внутреннее содержимое вакуолей наполнено клеточным соком, состоящим из воды, кислот, минеральных соединений и и др. веществ. Обращает на себя внимание содержание в вакуолях крахмалоподобного вещества — гликогена. Гликогенсодержащие клетки окрашиваются иодным раствором в темнокоричневый цвет. В умирающих клетках гликоген отсутствует. Таким образом окрашивание иодом дрожжевых клеток служит основанием для суждения о жизненности самих клеток. По Вортманну исчезновение гликогена указывает на прекращение брожения и наступление момента снятия белого вина с дрожжей.
Рис. 58. Цепочки почкующихся дрожжей.
Существенную роль внутри плазмы дрожжевых клеток играет чрезвычайно малое по размерам ядро, без которого не может идти размножение клеток. Ядро дрожжей по своему строению ничем не отличается от строения ядер других грибов. Оно обыкновенно круглое, иногда же несколько сдавленное. Оно подвергается делению при размножении дрожжей и обыкновенно находится в середине плазмы клетки, а в вытянутых и яйцевидных формах — ближе к одному из концов.
Рис. 59. Спорообразование в клетках дрожжей (эндоспоры).
Размножение дрожжей идет почкованием или спорообразованием. В бродящем сусле дрожжи размножаются при благоприятной температуре (25—30° Ц) главным образом почкованием. Каждая отдельная клетка выделяет себе подобную из вздутия, образующегося на любом месте ее поверхности. Если поместить каплю сусла в поле зрения микроскопа, то почкование наблюдается сразу во многих клетках. Воспроизведение новой клетки идет на главах и продолжается всего несколько минут, если условия температуры и питания дрожжей благоприятны. Вновь образовавшаяся клетка отделяется от материнской и в свою очередь дает начало новым особям тем же почкованием. Иногда вновь образующиеся клетки остаются в связанном состоянии с материнскими, образуя таким образом цепочки с разнообразными разветвлениями (рис. 58). В сусле это возможно наблюдать довольно редко, так как малейшее движение или колебание жидкости ведет к разделению спаянных между собою клеток.
Почкующиеся дрожжи при размножении в благоприятной среде, при надлежащей температуре и при наличии неразложенного сахара, подвержены воздействию образующихся при брожении веществ и главным образом спирта, который при своем накоплении оказывает угнетающее влияние на дальнейшее размножение дрожжей. Дрожжи тогда постепенно прекращают брожение и осаждаются на дно бродильной посуды в виде компактного желто-белого или буро-красного осадка. Это свойство наблюдается у так называемых нижних дрожжей, верхние же дрожжи (например при брожении пива) всплывают на поверхность жидкости в виде пленок.
Размножение дрожжей спорообразованием наблюдается, когда дрожжи находятся в состоянии покоя или при неблагоприятной обстановке для своего размножения нормальным путем (почкованием). В этом случае внутри клеток происходит деление плазмы на 2—6 частей. Это — отдельные споры, заключенные в аскус (мешок); они отделяются друг от друга клеточной оболочкой (рис. 59).
Искусственно можно вызвать спорообразование в дрожжевых клетках, если поместить их при температуре в 25 Ц на каком-нибудь влажном субстрате, например на пластинке из гипса.
В форме спор, покоящихся в своих оболочках (аскусах), дрожжи пребывают в неизмененном виде в почвах виноградников и везде, где им прегражден путь для дальнейшего развития. Но как только материнская клетка с содержащимися в ней спорами попадает в благоприятную среду (в раздавленную ягоду или в ее сок) кожица разрывается, и споры прорастают в клетку, размножающуюся почкованием, как описано выше.
Спорообразование, или иначе говоря, способность образования эндоспор, служит признаком для отнесения дрожжей к роду сахаромицетных грибов. По Ганзену способы спорообразования в различных условиях температуры, время образования покоящихся спор, величина и внешний их вид служат характерными признаками для различных рас дрожжей.
Рис. 61. Голодающие дрожжи.
Для различия рас дрожжей может еще служить различный вид пленчатых их колоний (Riesenkulturen) на желатинных субстратах (рис. 60). При недостатке к концу брожения сахарсодержащих веществ дрожжи начинают голодать (рис. 61). Гликоген голодающих дрожжевых клеток переводится диастазом (гликогеназой), содержащимся в самих дрожжах, в сахар, а этот последний при помощи зимазы дает алкоголь и угольную кислоту. Таким образом здесь происходит спиртообразование за счет содержимого самих клеток. В дальнейшей стадии в голодающих клетках белковые вещества разлагаются особым энзимом эндотриптазой с образованием в конечной стадии лейцина, тирозина и аммиака. Исчезновение гликогена из голодающих клеток подтверждается отсутствием коричневой окраски при окрашивании иодистыми растворами.1 Однако голодающие клетки еще долго сохраняют свою жизненность и могут вновь размножаться (почкованием) при благоприятных условиях в свежем виноградном соке. Только при очень продолжительном голодании дрожжевые клетки отмирают, съеживаются, плазма их отходит к оболочке, содержимое мертвых дрожжей окрашивается в фиолетовый цвет метилвиолетом. Между тем живые дрожжи не окрашиваются этим реактивом.
Следует отметить сохранение дрожжами жизнеспособности в течении очень долгого времени. Нам пришлось наблюдать живые дрожжевые клетки в красном вине телиани из откупоренных бутылок в семнадцатилетнем возрасте. Клетки эти в виноградном соке начинали немедленно почковаться. Вортманн свидетельствует, что он наблюдал живые дрожжевые клетки в тридцатилетием вине. Пакотте приводит еще большие сроки сохранения жизненности дрожжей. Таким образом нельзя не прийти к заключению, что дрожжи в благоприятной среде могут сохранять свою дееспособность в течении очень многих лет.
Местонахождение дрожжей. Нахождение дрожжей во всяком полученном раздавливанием виноградном сусле естественно приводит к заключению, что дрожжевые грибы должны находиться на самих виноградных ягодах в период их зрелости. Последнее обстоятельство подтверждено микроскопическими исследованиями. По наблюдениям Кордье в период от начала развития завязи винограда и до первых признаков начала его созревания не обнаруживалось дрожжевых клеток на ягодах; в период созревания винограда уже наблюдались на ягодах вместе с другими микроскопическими растительными клетками (Dematium и др.) также и дрожжевые клетки (дикие дрожжи в Sacch. apiculatus и пр., а также настоящие дрожжи Saccharomyces ellipsoideus). В период полной зрелости виноградных ягод на поверхности их находятся в очень большом количестве клетки настоящих дрожжей.
1 На 100 см воды 5 г йодистого калия и 1,6 г иода (по Биллю).
Долгое время источник появления дрожжей на созревающих ягодах оставался невыясненным. Впервые на нахождение дрожжей в почве указал Ганзен (1881). В 1905 г. он утверждал, что почва для дрожжей является не только местом, где они сохраняются, но и средою, в которой идет их размножение, и что таким образом дрожжи могут быть причислены к почвенным организмам. Опыты Бартеля (1918) подтвердили наблюдения Ганзена при помощи культуры дрожжей в стерилизованной почве. Таким образом установлено обитание дрожжевых клеток на спелых ягодах во время наибольшей их зрелости и сочности и в земле в течение всего года.
Вопрос о том, как попадают дрожжевые клетки на виноградные ягоды, разрешается различно. В сущности здесь играют роль малая весомость дрожжевых клеток, их чрезвычайная размножаемость и легкая транспортабельность течениями воздуха и насекомыми, переносящими на себе механически находящиеся в воздухе и на поверхности предметов их питания микроорганизмы. Ганзен приписывал в этом отношении наибольшее влияние ветру, Вортманн — насекомым, главным образом осам, для которых зрелый виноград в известное время — излюбленный объект питания.
1 Опыты велись в застекленных или сетчатых будках с доступом насекомых, пыли или тех и других вместе.
Указанные авторы установили также, что в пробирках, где наблюдалось брожение, были и личинки мушек Drosophila ampelophila и что там, где не было личинок, не было и брожения. Было установлено, что указанные мушки питаются дрожжевыми клетками и частично выделяют их живыми из кишечника в своих испражнениях.
