Общая характеристика водорослей
Водоросли — это многоклеточные, преимущественно водные, эукариотические фотосинтезирующие организмы, которые не имеют тканей или тело которых не дифференцировано на вегетативные органы (т.е. относящиеся к подцарству низших растений).
❖ Систематические отделы водорослей (различаются по струк туре таллома, набору фотосинтезирующих пигментов и запасных питательных веществ, особенностям размножения и циклов развития, местообитанию и т. п.): ■ Золотистые; ■ Зеленые (примеры: спирогира, улотрикс); ■ Красные (примеры: порфира, филлофора); ■ Бурые (примеры: лессония, фукус); ■ Харовые (примеры: хара, нителла); ■ Диатомовые (пример: ликмофора) и др. Количество видов водорослей — более 40 тыс.
❖ Среда обитания водорослей: пресные и соленые водоемы, влажная почва, кора деревьев, горячие источники, ледники и т.д.
❖ Экологические группы водорослей: планктонные, бентосные (подробно), наземные, почвенные и др.
Планктонные формы представлены зелеными, золотистыми и желто-зелеными водорослями, имеющими специальные приспособления для облегчения переноса водой: уменьшающие плотность организмов (газовые вакуоли, включения липидов, студенистую консистенцию) и увеличивающие их поверхность (разветвленные выросты, приплюснутую или вытянутую форму тела и др.).
Бентосные формы обитают на дне водоемов или обволакивают находящиеся в воде предметы; к субстрату прикрепляются ризоидами, базальными дисками и присосками. В морях и океанах они представлены преимущественно бурыми и красными водорослями, а в пресных водоемах — всеми отделами водорослей, кроме Бурых. Бентосные водоросли содержат крупные хло-ропласты с высоким содержанием хлорофилла.
Наземные, или воздушные, водоросли (это обычно Зеленые или Желто-зеленые водоросли) образуют налеты и пленки различного цвета на коре деревьев, влажных камнях и скалах, заборах, крышах домов, на поверхности снега и льда и т.п. При недостатке влаги наземные водоросли пропитываются органическими и неорганическими веществами.
Почвенные водоросли (в основном Желто-зеленые, Золотистые и Диатомовые) живут в толще почвенного слоя на глубине до 1-2 м.
Сходства и различия
Несмотря на всё разнообразие и разнородность группы, водоросли имеют и общие черты — наличие хлорофилла и фотоавтотрофный вид питания. В свою очередь, многоклеточных водорослей объединяют следующие признаки:
- отсутствие ярко выраженной проводящей системы;
- склонность к обитанию во влажных условиях и водной среде;
- отсутствие покровной оболочки;
- отсутствие четкого разделения тела на отдельные органы.
Некоторые разновидности водорослей выделяются из общей массы способностью к гетеротрофии (способ питания организма, когда пищей является уже готовые органические объекты) либо к осмотрофии (свойство клеточной мембраны пропускать питательные вещества).
Также есть водорослевые организмы, способные захватывать питательные вещества через клеточный рот (в частности, эвгленовые, динофитовые водоросли).
Особенности строения водорослей
Тело водорослей не разделено на вегетативные органы и представлено прочным в упругим талломом (слоевищем). Структура таллома — нитчатая (примеры: улотрикс, спирогира), пластинчатая {пример: ламинария), разветвленная или кустистая (пример: хара). Размеры — от 0,1 мм до нескольких десятков метров (у некоторых бурых и красных водорослей). Таллом разветвленных и кустистых водорослей — рассеченный и имеет линейно-членистое строение; в нем можно различить главную ось, «листья» и ризоиды.
У некоторых водорослей имеются специальные воздушные пузыри, которые удерживают слоевище у поверхности воды, где есть возможность максимального улавливания света для фотосинтеза.
Таллом многих водорослей выделяет слизь, которая заполняет их внутренние полости и частично выводится наружу, помогая лучше удерживать воду в препятствуя обезвоживанию.
Клетки таллома водорослей не дифференцированы и имеют проницаемою клеточную оболочку, внутренний слой которой состоит из целлюлозы, а наружный — из пектиновых веществ и (у многих видов) ряда добавочных компонентов: извести, лигнина, кутина (задерживающего ультрафиолетовые лучи и предохраняющего клетки от излишней потери воды в период отлива) и др. Оболочка выполняет защитную и опорную функции, обеспечивая при этом возможность роста. При дефиците влаги оболочки значительно утолщаются.
Цитоплазма клетки у большинства водорослей образует тонкий слой между большой центральной вакуолью и клеточной стенкой. В цитоплазме имеются органеллы: хроматофоры, эндоплазматический ретикулум, митохондрии, аппарат Гольджи, рибосомы, одно или несколько ядер.
Хроматофоры — это органеллы водорослей, содержащие фотосинтезирующие пигменты, рибосомы, ДНК, липидные гранулы и пиреноиды. В отличие от хлоропластов высших растений хроматофоры более разнообразны по форме (могут быть чашевидными, лентовидными, пластинчатыми, звездчатыми, дисковидными и др.), размерам, числу, строению, местоположению и набору фотосинтезирующих пигментов.
У мелководных (зеленых) водорослей фотосинтезирующими пигментами являются в основном хлорофиллы а и b, поглощающие красный и желтый свет. У бурых водорослей, обитающих на средних глубинах, куда проникает зеленый и синий свет, фотосинтезирующими пигментами являются хлорофиллы а и с, а также каротин и фукоксантин, имеющие бурый цвет. У красных водорослей, обитающих на глубинах до 270 м, фотосинтезирующими пигментами являются хлорофилл d (характерный только для этой группы растений) и имеющие красноватую окраску фикобилины — фикоэритрин, фикоцианин и аллофикоцианин, хорошо поглощающие синие и фиолетовые лучи.
Пиреноиды — особые включения, входящие в состав матрикса хроматофор и являющиеся зоной синтеза и накопления запасных питательных веществ.
Запасные вещества водорослей: крахмал, гликоген, масла, полисахариды и др.
Типы организации
Водоросли сильно отличаются внешне. Выделяются несколько основных типов организации тела:
- Амебоидный. Особенностью данного типа является отсутствие твердой клеточной оболочки, что делает возможной существенную деформацию тела. Такие организмы способны к своеобразным передвижениям за счёт изменения формы. Скорость у них довольно низкая.
- Монадный. Как правило, это одноклеточные водоросли, характеризующиеся постоянной формой тела. Их особенностью является наличие жгутиков.
- Коккоидный тип. Это одноклеточные организмы, не имеющие органоидов, способствующих передвижению, и не способные изменять форму тела. Клеточная стенка, как правило, утолщена, может иметь выросты и поры. Такие водоросли склонны к образованию колоний. Некоторые разновидности способны к передвижению путем выделения слизи.
- Пальмеллоидный. Тело таких организмов довольно крупное, имеет постоянную форму. Особенностью таких организмов является способность к прикреплению к какому-либо субстрату. Как правило, это образование из нескольких кокковидных клеток, объединенных общей слизистой массой, хотя сами клетки между собой никак не скреплены.
- Нитчатый. Клетки объединены, образуя цепочки или нити, которые могут быть простыми или разветвляющимися. Их нити находятся в свободном плавании в толще воды или могут прикрепляться к субстрату. Они могут объединяться и в колонии, которые будут расти диффузным (делятся все клетки, входящие в состав нити), интеркалярным (зона роста при этом располагается в середине), апикальным (путём размножения клеток, расположенных на окончаниях нитей) либо базальным (зона роста располагается у основания тела водорослевого организма) способами.
- Разнонитчатый. Схема строения такой колонии водорослей содержит две системы нитей. Одна стелется по субстрату, прикрепляется к нему и имеет горизонтальное положение. Вторая представляет собой систему вертикальных нитей, отходящих от стелющейся. Системы нитей в этом случае имеют различные функции: горизонтальные выполняют функцию опоры, вертикальные — ассимиляции.
- Пластинчатые. Тело организма в этом случае имеет форму пластинки, состоящей из одного или нескольких клеточных слоев. Иногда такой организм может приобретать полое внутри трубчатое строение.
- Сифональный. Такой тип ещё называют неклеточным, поскольку клеточные перегородки у таких организмов отсутствуют. Тело водоросли в этих случаях напоминает одну большую клетку, содержащую несколько ядер.
- Харофитный. Такие организмы состоят из крупного побега, имеющего многоклеточное строение, и отходящих от него ветвей.
- Сарциноидный. Колония в этом случае возникает в результате деления одной исходной клетки и представляет собой группу водорослевых клеток, заключенную в оболочку материнской клетки. Покрытие весьма эластично и имеет свойство растягиваться.
- Псевдопаренхиматозный. Тело организма образуется в результате слипания и срастания ветвящихся нитей.
Размножение водорослей
Водоросли размножаются бесполым и половым путем.
❖ Органы размножения водорослей (одноклеточные): ■ спорангии (органы бесполого размножения); ■ гаметангии (органы полового размножения).
❖ Способы бесполого размножения водорослей: вегетативное (фрагментами таллома) или одноклеточными зооспорами.
❖ Формы полового процесса у водорослей: ■ изогамия — слияние одинаковых по строению и величине подвижных гамет, ■ гетерогамия — слияние подвижных гамет разных размеров (более крупную считают женской), ■ оогамия — слияние крупной неподвижной яйцеклетки со сперматозоидом, ■ конъюгация — слияние содержимого двух неспециализированных клеток.
Половой процесс завершается образованием диплоидной зиготы, из которой формируется новая особь или образуются подвижные жгутиковые зооспоры, служащие для расселения водоросли.
❖ Особенности размножения водорослей: ■ у некоторых видов водорослей каждая особь способна формировать (в зависимости от времени года или условий среды) и споры, и гаметы; ■ у отдельных видов водорослей функции бесполого и полового размножения выполняют разные особи — спорофиты (они образуют споры) и гаметофиты (они формируют гаметы); ■ в цикле развития многих видов водорослей (красных, бурых, некоторых зеленых) наблюдается строгое чередование поколений — спорофита и гаметофита; ■ гаметы водорослей, как правило, обладают таксисами, определяющими направление их движения в зависимости от интенсивности света, температуры и т.п.; ■ безжгутиковые споры совершают амебоидное движение; ■ у морских водорослей выход спор или гамет совпадает с приливом; период покоя в развитии зиготы отсутствует (т.е. зигота начинает развиваться сразу же после оплодотворения, чтобы не быть унесенной в море).
Жизненный цикл
Жизненный цикл водорослей включает две чередующихся фазы – гаплоидную и диплоидную. Гаплоидная стадия представлена гаметофитом, а диплоидная – спорофитом. Гаплоидная фаза включает гаметы: спермии, сперматозоиды, яйцеклетки.
При встрече двух гамет – спермия (n) и яйцеклетки (n) образуется зигота (2n) Из нее созревает спорофит (2n). Т.о. формируется диплоидный набор хромосом. На спорофите в зооспорангиях при мейозе вырабатываются зооспоры (n). Они образуют женские и мужские гаметофиты (n) митотическим делением. Из гаметофитов с помощью митоза развиваются спермии (n) и яйцеклетки (n), при сливании которых образуется зигота (2n). Цикл завершается.
Рис. 1. Жизненный цикл водорослей
Значение водорослей
❖ Значение водорослей: ■ они за счет фотосинтеза продуцируют органические вещества; ■ насыщают воду кислородом и поглощают из нее двуокись углерода; ■ являются пищей для водных животных; ■ являются родоначальниками растений, заселивших сушу; ■ участвовали в образовании горных известняковых и меловых пород, некоторых видов каменного угля и горючих сланцев; ■ зеленые водоросли очищают водоемы, загрязненные органическими отбросами; ■ используются человеком как органические удобрения и кормовые добавки в рацион животных; ■ используются в биохимической, пищевой и парфюмерной промышленности для получения белков, витаминов, спиртов, органических кислот, ацетона, йода, брома, агар-агара (необходим для изготовления мармелада, пастилы, суфле и т.п.), лаков, красителей, клея; ■ многие виды используются в пищу человеком (ламинария, некоторые зеленые и красные водоросли); ■ некоторые виды применяются при лечении рахита, зоба, желудочно-кишечных и других заболеваний; ■ ил из отмерших водорослей (сапропель) используется в грязелечении; ■ могут вызывать «цветение» воды.
Водоросли – старейшие микроорганизмы на Земле
Водоросли одни из самых древних микроорганизмов на планете, ореол обитания которых велик и разнообразен. Они являются основой пищевой цепочки питания для множества животных и млекопитающих. Их жизнедеятельность обеспечивает необходимые объёмы кислорода, а их заросли служат местом обитания разных видов беспозвоночных. Состояние биоценоза водных объектов должно находиться в идеальном равновесии, что не может происходить без водорослей. В комплексе с различными органическими соединениями они участвуют в самоочищении воды, используются в сельскохозяйственной сфере и активно применяются для изготовления необходимых предметов обихода человека.
Зеленые водоросли
❖ Спирогира
■ Местообитание: пресные стоячие и медленно текущие водоемы, где она образует тину ярко-зеленого цвета; распространена в Беларуси.
■ Форма тела: тонкая нитевидная; клетки расположены в один ряд.
■ Особенности строения клетки — цилиндрической формы с хорошо выраженной клеточной стенкой; покрыты пектиновой оболочкой и слизистым чехлом. Хроматофор лентовидный, спирально закрученный. Вакуоль занимает большую часть клетки. Ядро расположено в центре и соединяется тяжами с пристенной цитоплазмой; содержит гаплоидный набор хромосом.
■ Размножение: бесполое осуществляется путем разрыва нити на короткие участки; спорообразование отсутствует. Половой процесс — конъюгация. При этом две нити водорослей обычно располагаются параллельно друг другу и срастаются при помощи копуляционных выростов или мостиков. Затем оболочки клеток в местах соприкосновения нитей растворяются, образуя сквозной канал, через который содержимое одной из клеток перемещается в клетку другой нити и сливается с ее протопластом, образуя зиготу с плотной оболочкой. Зигота делится мей-озом; образуются 4 ядра, три из них погибают; из оставшейся клетки после периода покоя развивается взрослая особь.
❖ Улотрикс
■ Местообитание: пресные, реже морские и солоноватые водоемы, почва;
■ Жизненный цикл — сложный, с чередованием полового и бесполого поколений: многоклеточный гаметофит (половое поколение, формирующее гаметы) сменяется одноклеточным спорофитом (бесполым поколением, способным образовывать споры).
■ Форма тела гаметофита: нитевидная, неразветвленная; в водоемах формирует ярко-зеленые кустики высотой около 10 см.
■ Особенности строения гаметофита: клетки -цилиндрической формы, покрыты толстой целлюлозной оболочкой, расположены в один ряд. Нити таллома прикрепляются к субстрату бесцветной конической базальной клеткой, выполняющей функции ризоида. Все клетки, кроме базальной, способны делиться, обусловливая непрерывное нарастание таллома. Хроматофор имеет вид пластинки, образующей незамкнутый поясок или кольцо (цилиндр) вдоль клеточной стенки.
■ Строение спорофита: спорофит образован одной безжгутико-вой клеткой, которая представляет собой зиготу, окруженную плотной оболочкой и снабженную слизистой ножкой, которой спорофит прикрепляется к субстрату.
■ Размножение: — бесполое — путем распада нити на короткие участки или путем образования жгутиковых зооспор (в одной клетке образуются 4 зооспоры); половой процесс — изогамный; после оплодотворения зигота плавает, затем оседает на дно, теряет жгутики и образует спорофит. После периода покоя ядро спорофита делится, образуются зооспоры, которые затем прорастают.
Харовые водоросли
Харовые водоросли (или харофиты) — высокоорганизованная группа пресноводных водорослей длиной от нескольких десятков сантиметров до нескольких метров, по внешнему виду похожих на высшие растения — хвощи.
Местообитание: чистые пресные водоемы с жесткой водой, насыщенной растворимыми солями кальция, на глубине 1-5 и более метров; образуют заросли на илистом или песчаном дне.
Особенности строения: тело мутовчато разветвленное, его главная ось («стебель») расчленена узлами на длинные (до 1 м) междоузлия. Каждое междоузлие образовано одной длинной многоядерной клеткой, часто покрытой коркой. От каждого узла отходит по четыре и более боковых побегов («листьев»). Органы прикрепления таллома к субстрату — нитевидные ризоиды. Хроматофоры содержат хлорофиллы а и b и каротиноиды. Запасный продукт — крахмал.
Размножение: ■ бесполое — клубеньками или участками таллома; споры не образуются; ■ половой процесс — оогамный.
Органы полового размножения — многоклеточные; мужские — антеридии (в которых развивается по несколько сотен двужгутиковых сперматозоидов) и женские — оогонии (в каждом из них образуется одна яйцеклетка). Сперматозоиды проникают к яйцеклетке через щель в оогонии. После оплодотворения развивается ооспора (зигота) с толстой оболочкой, которая прорастает после периода покоя.
Красные и бурые водоросли
Красные водоросли
■ Обитают в морях и океанах (иногда в пресных водоемах) на глубине более 200 метров. ■ Размеры таллома — от долей миллиметра до нескольких десятков сантиметров (большинство видов). ■ Форма таллома — нитчатая, кустистая, пластинчатая, корко- и коралловидная и др. ■ Цвет — от ярко-красного до голубовато-зеленого и желтого. ■ Структура таллома — нитчатая или пластинчатая. ■ Органы прикрепления — ризоиды, присоски, подошвы. ■ Хроматофоры пластинчатые, содержат хлорофиллы а и d и пигменты фикоэритрин (красный) и фикоцианин (синий). ■ Размножаются бесполым (спорами) и половым путем. В цикле развития большинства красных водорослей происходит чередование поколений — гаметофита и спорофита.
Бурые водоросли. ■ Это — наиболее высокоразвитые (по морфологической и анатомической дифференцировке таллома) среди всех групп низших растений; они, возможно, являются предками высших растений. ■ Обитают в морях и океанах (обычно на глубинах 40-100 м). ■ Размеры таллома — от нескольких сантиметров до 100 м и более. ■ Форма таллома — ветвисто-кустистая, пластинчатая или ленточная, расчлененная на стебле- и листовидные «органы». ■ Цвет -желтовато-бурый. ■ Структура таллома — пластинчатая или ленточная. У большинства представителей талломы имеют ложно- или истиннотканевое строение (выделяют ассимиляционные, запасающие, проводящие ткани). Некоторые представители имеют воздушные капсулы для поддержания вертикального положения в воде. ■ Органы прикрепления — ризоиды или базальный диск — дисковидное разрастание в основании таллома. ■ Таллом разрастается в результате вставочного роста или за счет деления верхушечных клеток. ■ Хроматофоры пластинчатые, содержат хлорофиллы о и с и пигменты каротин и фукоксантин (имеют бурый цвет). ■ Размножаются бесполым (спорами) и половым путем. Период покоя в развитии зиготы в новую особь отсутствует. В цикле развития большинства бурых водорослей происходит чередование поколений — гаметофита и спорофита.
Метки: растения
