Тема 10. Водоросли - ALGAE

Тема 10.
Водоросли ALGAE
План:
1.
2.
3.
4.
Общая характеристика
Экология
Типы водорослей
Значение водорослей в природе и
для человека
Литература:
•В.Г. Хржановский. «Курс общей ботаники» (I-П том) 1982. М.
Высшая школа.
•П.М.Жуковский «Ботаника». М. 1982, Высшая школа
•В.Ф. Лейсле «Ботаника». М. 1966, Высшая школа
•Н.С. Киселева « Анатомия и морфология растений»,1971
Минск, Высшая школа.
•П. Рейвн, Р. Эверт, С.Айкхорн. Современная ботаника. Мир,
1990
•Жизнь растений в шести томах, том 3,Водоросли и лишайники
под.редакцией проф.М.МГоллербаха, М.
«Просвещение»,1977,487 с.
1. Водорослями называется большая группа низших
растений ( около 30000 видов). Большинство водорослей
связано с водной средой. Водоросли отличаются от бактерий и
грибов наличием хлорофилла, что позволяет им вести
автотрофный образ жизни.
По внешнему виду водоросли весьма разнообразны.
Среди них встречаются одноклеточные организмы; размеры
которых составляют микроны ( некоторые диатомовые) и
весьма крупные, достигающие 30-40 м и более в длину.
Промежуточным
звеном
между
одноклеточными
организмами являются коллониальные водоросли тело
которых представляет собой скопление клеток, не плотно
связанных друг с другом.
Тело водорослей слоевище (таллом) и не расчленено на органы
(корни, стебли, листья) отсутствуют у водорослей настоящие
ткани и все клетки слагающие слоевище, более или менее сходны друг
с другом.
Окраска тела водорослей различна, т.к. часто зеленая окраска
создаваемая
хлорофиллом,
маскируется
пигментами
других
цветов.Обычными пигментами водорослей являются: фикоциан,
придающий им синий цвет, фукоксантин- окрашивающий в бурый, и
фикоэритрин- в красный. Эти пигменты могут придавать определенную
окраску воде, в которой поселяются водоросли. Позеленение воды,
«цветение воды» в лужах и стоячих водоёмах вызывается массовым
размножением одноклеточных зеленых водорослей. В Антарктиде
встречаются озера с синей или красной водой, что объясняется наличием
в них множества микроскопических водорослей соответствующей
окраски. Клетки большинства водорослей имеют плотные целлюлозные
оболочки: содержимое состоит из цитоплазмы и одного или нескольких
ядер. Пластиды водорослей не дифференцированы, имеют вид зеленых
лент или пластинок и носят название хроматофоров.
Способы
размножения
водорослейразнообразны.
Одноклеточные
размножаются
простым
делением.
Крупные
размножаются
вегетативно - частями слоевища, или при помощи
специальных почек. Часто наблюдается бесполое
размножение с образованием подвижных и
неподвижных спор.
У большинства водорослей имеет место и
половой процесс, начиная от коньюгации ( слияния
протопластов двух соседних вегетативных клеток),
до изогамии, гетерогамии и оогамии.
Обитают водоросли в морских и пресных водах, преимущественно на
глубинах 20-40 м, хотя некоторые могут существовать на глубине до 120-200
м. Важнейшим фактором в жизни водорослей, как автотрофных
фотосинтезирующих
организмов
является
свет.
Распространение
водорослей в глубину зависит от прозрачности воды. Морская вода
прозрачнее пресной, поэтому массовое распространение водорослей в морях
наблюдается до глубины 30 м, более теневыносливые заходят до глубины
100-200 м, а отдельные виды до 500 м. Наиболее глубоко заходят бурые, ёще
глубже красные водоросли.
Температурные границы в которых возможна жизнь водорослей очень
велики. Очень многие водоросли, вмерзшие в лед, по оттаивании оживают.
В полярных и высокогорных странах нередко встречаются на отдельных
участках красный снег. Его окраска зависит от живущей в нем
одноклеточной водоросли -снежной хламидомoнады, окрашенной от
присутствия в ней гематохрома в красный цвет. При таянии снега эта
водоросль начинает двигаться. Описано более 70 видов водорослей
живущих в снегу. Отмечена вегетация водорослей и при - 3.3 С. С другой
стороны, ряд живых сине-зеленых водорослей встречается в горячих
источниках при + 850С и даже + 930С.
Морские
теплолюбивые
водоросли:
сифоновые,
саргассумы, большинство красных. Холодолюбивые : фукусы,
ламинариевые - высокая температура вредна для их
заростков.
Фитопланктон
многочисленные
скопления
микроскопических организмов. Мелкие, свободно плавающие в
воде водоросли образуют так
называемый – ФИТОПЛАНКТОН . Другие, прикрепляясь ко
дну водоёмов, входят в состав БЕНТОСА.
БЕНТОС-скопления
растительных
и
животных
организмов на дне водоемов.
Крупные морские водоросли могут образовывать целые
подводные «леса». Почвенные водоросли поселяются на
поверхности и в верхних слоях почвы. Многие из них
способствуют накоплению в почве органических веществ и
повышению её плодородия
Современная систематика, на основании морфологических
особенностей, различий в пигментации и в биологическом
составе различают пять типов ( отделов ) водорослей. Из них мы
рассмотрим некоторые.
Отдел сине-зеленые водоросли. К этому отделу относятся
наиболее примитивные и древние организмы ( 150 родов, 1400
видов). В большинстве случаев это одноклеточные или
колониальные организмы. Название получили от характерной
сине-зеленой окраски, обусловленной присутствием в клетке
ряда пигментов: хлорофилла, фикоциана, фикоэритрина,
различные соотношения которых создают разные тона. Форма
клеток различна: овальная, шаровидная, цилиндрическая и
другие. С наружи клетки покрыты тонкой пектиновой
оболочкой, нередко сильно ослизняющейся.
Внутреннее
содержание
клеток
не
дифференцировано и в нем не видно ни ядра, ни
хроматофоров. Однако в цитоплазме различаются
два слоя: внешний, окрашенный различными
пигментами и внутренний - бесцветный. Так
называемое центральное тело, содержащий
хроматиновое вещество.
Размножение - простое деление клеток,
совершается очень быстро. У нитчатых форм
наблюдаются разрывы нитей на отдельные куски,
способные к самостоятельному существованию.
Половой процесс у сине-зеленых водорослей
отсутствует.
Обитают сине-зеленые водоросли по всему земному
шару, поселяясь как в кислых, так и соленых водоемах,
участвуя в образовании планктона и бентоса. Обильны синезеленые водоросли на поверхности и верхних горизонтах
почвы, где они вместе с бактериями способствуют
накоплению органического вещества. Некоторые виды
способны усваивать атмосферный азот и обогащать им
почву, повышая плодородие.
Отдел диатомовые водоросли. Около пяти тысяч видов
одноклеточных
и
колониальных
организмов.
Клетки
диатомовых имеют разную форму: округлую, палочковидную,
треугольную или звездчатую. Наиболее характерным является
строение клеточных оболочек. Клетки диатомовых водорослей
имеют твердый каменистый панцирь, состоящий из двух
створок, из которых одна находит на другую, как крышка на
коробку. Створки, пропитанные кремнеземом устойчивы,
прочны и могут сохраняться очень долго. Клетки содержат одно
или несколько ядер, один или несколько хроматофоров желтобурого цвета, вызванного присутствием соответствующих
пигментов. Размножаются путем деления. Обитают в морских и
пресноводных бассейнах, служат пищей для водных животных и
входят в состав планктона. Во многих морях, оболочки
диатомовых, падавших на дно, в течении многих миллионов
лет, образовали особую осадочную породу диатомит или
трепел.
Диатомит, обладающий ценными физическими
свойствами
(пористость, легкость, тугоплавкость)
используется в качестве фильтров, как сырье для жидкого
стекла, в строительном деле, как звуко и тепло
изоляционный материал.
Отдел зеленые водоросли .К этому отделу относится
около 5 тысяч видов одноклеточных, колониальных и
многоклеточных организмов, отличающихся чисто зеленой
окраской, т.к. хлорофилл у них не маскируется другими
пигментами.
Снаружи клетки большинства зеленых покрыты
пектиновыми
оболочками,
часто
ослизняющимися.
Внутреннее содержимое клеток состоит из цитоплазмы,
часто имеющей одну крупную вакуолю, ядра и
хроматофоров,
обычно
пластинчатого
строения.
Размножаются
зеленые
различными
путями:
у
одноклеточных форм - простое деление, у нитчатых разрывы нитей на отдельные кусочки. Часто наблюдается
бесполое размножение с образованием внутри клетки одной
или нескольких зооспор.
Наблюдается у зеленых водорослей и половой процесс,
который протекает по типу изогамии, гетерогамии и
оогамии.
Род
улотрикс –Ulothrix(U.zonata) Это нитчатая
водоросль, никогда не ветвящаяся, распространенная в реках .
Прикрепляется к субстрату бесцветной базальной клеткой.
Остальные клетки построены одинаково. При бесполом
размножении образуются четырёх жгутиковые зооспоры
.Половой процесс изогамный. Редукционное деление
происходит в зиготе. В результате образуются 4 зооспоры,
прорастающие во взрослые нити. Весь жизненный цикл
проходит в гаплоидной фазе.
Распространены зеленые водоросли преимущественно в
пресных водоемах на дне которых они образуют тину.
Некоторые обитают в морях и очень немногие на суше.
Одноклеточные формы входят в состав планктона.
Многоклеточные - в большинстве случаев прикрепляются ко
дну водоемов.
Отметим одного из представителей зеленых - хлореллу
Chlorella) микроскопическая водоросль шаровидной формы.
Хлорелла отличается весьма высоким темпом размножения
и высокой интенсивностью фотосинтеза. Хлорелла способна
за сутки образовывать до 200 кг зеленной массы на 1 га, что
значительно превосходит продуктивность культурных
растений, даже быстрорастущей кукурузы. Хлорелла
содержит высокий процент белков ( до 50 %), много жиров,
углеводов и витаминов. Поэтому она является питательной
и успешно используется в качестве корма для животных.
Конъюгаты, отличаются от остальных зеленых тем, что
не образуют подвижных зооспор и обладают своеобразным
половым процессом, заключающимся в слиянии протопластов
двух вегетативных клеток (конъюгация).
Характерный представитель конъюгатов спорогира
(Spirogira) часто встречающаяся в арыках, на дне которых она
образует зеленоватую тину. Размножается спирогира половым
и вегетативным путем. При половом процессе пара
близлежащих клеток, расположенных на соседних нитях
образует особые выросты, которые растут навстречу друг другу,
вплоть до их соприкосновения. Соприкоснувшись выросты
образуют общий канал, возникающий путем растворения
клеточных оболочек в месте смыкания вырoстов.
По
этому
каналу протопласт
одной
клетки
переползает
в
другую,
где
происходит
слияние
(конъюгация).
После
слияния
содержимого обеих
клеток
покрывается
плотной
оболочкой,
превращаясь
в
зиготу,
которая
после некоторого
покоя делится и
дает начало новой
нити.
Отдел бурые водоросли объединяет около
1500 видов, обитателей морей северных и умеренных
широт. Название получили от наличия у них в
хроматофорах особого пигмента
фукоксантина,
маскирующего хлорофилл и придающую слоевищам
характерную бурую окраску. Среди них наблюдаются
и микроскопические разветвленные формы и
сорокаметровые ленточные растения. У некоторых
высших представителей этого типа (ламинария)
наблюдается дифференциация клеток и появление
проводящей системы. Клетки бурых водорослей
одноядерные, клеточная оболочка целлюлозная,
иногда пропитана пектиновыми веществами и
способные ослизняться.
Размножаются бурые водоросли споровым и половым
путем. При бесполом размножении у них образуются
особые органы - одногнездные или многогнёздные спорангии,
в которых создаются подвижные двухжгутиковые споры.
Половой процесс протекает по типу изогамии, гетерогамии
и оогамии. У большинства бурых водорослей имеет явление
чередование поколений, которое заключается в том, что
особи образующие зооспоры, не создают половых клеток.
Организмы, возникающие из зооспор, вырабатывают
половые клетки, но не способны к размножению половым
путем ( спорами).
В качестве представителей этого класса можно
рассмотреть
ламинарию, которая является крупной
водорослью, со слоевищем дифференцированным на
стеблеподобные и листоподобные органы. Ламинария
прикрепляется ко дну водоемов с помощью развитых
ризоидов. В прибрежной полосе Северных морей, на глубине
5-10 метров ламинария образует густые подводные заросли.
Отдел красные или багряные водоросли довольно
многочисленная группа (2500 видов) населяют моря и океаны,
проникая на значительную глубину. У них встречаются
нитчатые, кустовидные или пластинчатые формы, иногда с
некоторой
дифференциацией
на
листообразные
и
стеблеобразные органы. Оболочка клеток целлюлозная или
пектиновая. Одно или несколько ядер, хроматофоры
пластинчатой или звездчатой формы 06.фото
Свое название красные водоросли получили благодаря
наличию в хроматофорах особого пигмента - фикоэритрина,
придающего им соответствующую окраску.
Размножаются красные водоросли споровым и
половым путем. Их характерным отличием от других типов
водорослей является неподвижность спор и спермациев.
Половые органы у красных водорослей устроены
довольно сложно. Женский половой орган - карпогон имеет
бутылкообразную форму с расширенной нижней частью, где
помещается яйцеклетка. Мужские половые органы антеридии собраны группами и в них образуется подвижная
гамета- спермации. Последние током воды переносятся к
карпогону и переливают свое содержимое в яйцеклетку.
После оплодотворения яйцеклетка разрастается в пучок
нитей на концах которых образуются особые спорыкарпоспоры. После периода покоя карпоспоры прорастают в
новые особи. Таким образом у красных водорослей, подобно
бурым, имеет место чередование поколений..
Водоросли имеют большое значение в природе. На долю
водорослей приходится примерно 80 % всего органического
вещества, создающегося на нашей планете
Водоросли прямо или косвенно служат пищей для всех водных
животных, начиная с микроскопических форм до крупных рыб и
водоплавающих птиц. Водоросли способствуют дыханию водных
животных, т.к. в процессе фотосинтеза они поглощают растворенную
углекислоту и обогащают водоёмы кислородом. Некоторые водоросли (
ламинария, порфира и др.) используются в пищу человека. Другие служат
кормом для животных, используются у качестве удобрений, подстилкой для
животных. Часто водоросли служат для получения йода,
желатинообразного вещества агар-агар, применяемого в
микробиологической и кондитерской промышленности. Некоторые
нитчатые водоросли имеют промышленное значение. Из них приготовляют
прочную, высокосортную бумагу, картон и другие материалы. Диатомовые
водоросли являются создателями осадочных горных пород, например,
диатомита, который используется в технике и промышленности, находя
применение как шлифовальный материал, используется для тепловой и
звуковой изоляции, получения краски, мыла и т.д.. Многие водоросли
содержат витамины, особенно С. Водоросли могут приносить и заметный
ущерб в народном хозяйстве. В Узбекистане, например, водоросли
разрастаясь в большом количестве в медленно текучих оросительных
системах, сбросных каналах мешают стоку воды и с ними приходится
вести борьбу. При массовом отмирании водорослей происходит порча воды,
нередко влекущая за собой массовую гибель рыбы.
ЗЕЛЁНЫЕ и
СИНЕЗЕЛЁНЫЕ водоросли
(микроводоросли) являются объектом биотехнологии.
Они относительно легко культивируются и содержат
разнообразные БАВ. Dunaliella- ДУНАЛИЕЛЛА –
источник получения каротиноидов , липидов, белков
.Наличие их в составе БАВ учёные используют в
составлении БАД, которые нормализуют баланс
питательных веществ, способствуют поддержанию
здоровья(профилактика заболеваний) и ускоряют процесс
выздоровления.
СИНЕЗЕЛЁНЫЕ
водоросли
(СПИРУЛИНА.
ХЛОРЕЛЛА. ДУНАЛИЕЛЛА) входят в состав БАД. Они
богаты витаминами, аминокислотами ,микроэлементами
и ускоряют выведение радионуклеидов, солей тяжёлых
металлов ,токсических веществ из организма, очищают
его и задерживают процесс старения, стимулируют
иммунитет.
Многие водоросли богаты йодом, они способствуют
нормализации функций щитовидной железы.
В США стоимость 1 тонны хлореллы составляет 520-1000
долларов, в Японии - 500-1500 долларов. Германский концерн
по производству и продаже продуктов
биотехнологии
установил продажную стоимость 1 кг
сухого вещества
хлореллы 11,07 долларов. При добавлении к 1 т зерна 5-7 кг
сухого вещества хлореллы биологическая ценность зерна
увеличивается в 1,5 раза. Японская фирма « Джапан хлорелла»
производит ежемесячно 1000 тонн хлореллы для использования
в различных целях. Синезелёная водоросль СПИРУЛИНА
образует 500 тонн сухой массы в год на 1 га, содержит 60-70 %
белка, т.е. в 10 раз больше, чем его образует соя. Спирулина
легко переваривается, т.к. в её клеточных стенках отсутствует
целлюлоза. Урожайность биомассы микроводорослей велика:
биомасса хлореллы увеличивается в 3000 раз за 2-3 дня.
Важное
значение имеет биомасса СПИРУЛИНЫ , как
антиоксиданта при снятии отрицательного эффекта свободно
радикальных процессов. Процесс йодирования биомассы даёт
эффект при скармливании кормов: карпов, уток, кроликов, поросят,
свиней, кур, обеспечивая привес до 25 %. Из сухой массы
СПИРУЛИНЫ получают высокоэффективный препарат СПЛАТ
(А,В,В3,В5,В12,С,Е) выводит токсины, нормализует обмен
веществ, снижает уровень холестерина в крови (производство
МГУ, Россия). Водоросли используют для биологической очистки
сточных вод промышленности и сельского хозяйства,
биологической очистки воды, содержащей уран. Микроводоросли
используют
для
производства
биомассы
в
качестве
биостимулирующей
добавки к кормам
для многих видов
животных.
Эти биостимулирующие добавки в Узбекистане
повышают
продуктивность животных до 20 %, в основном за счёт
эффективности усвояемости и сбалансированности кормов
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ:
1. Как устроено тело синезеленых водорослей?
2. Наличие каких пигментов обуславливает окраску
водорослей?
3. В какой среде обитают водоросли?
4. Какие способы размножения у водорослей?
5. Какое значение имеют водоросли в природе?
6. Как используются водоросли в народном
хозяйстве, сельском хозяйстве, медицине,
пищевой промышленности?
СПАСИБО ЗА
ВНИМАНИЕ !