Водоросли. Общая характеристика

Водоросли

Общая характеристика

Особенности строения тела.Водоросли — сборная группа низших, преимущественно водных, растений. Характерной особенностью всех водорослей является то, что их тело не расчленено на вегетативные органы (корень, стебель, лист), а представлено талломом,или слоевищем.По этой причине их называют талломными, или слоевищными, растениями. В отличие от высших растений у них обычно отсутствуют ткани, а органы полового и бесполого размножения, как правило, одноклеточные. Общей для водорослей является также способность к фототрофному способу питания.

Известно более 40 тыс. видов водорослей, которые объединяются в два подцарства — Багрянки и Настоящие водоросли. Последние подразделяются на несколько обособленных отделов (Зеленые, Харовые, Диатомовые, Золотистые, Бурые и др.), которые отличаются друг от друга по ряду таких важнейших признаков, как структура таллома, набор фотосинтезирующих пигментов и запасных питательных веществ, особенности размножения и циклы развития, местообитание и т. п.

Водорослям присуще исключительное морфологическое разнообразие. Они бывают одноклеточные (хламидомонада, хлорелла) и многоклеточные, среди которых встречаются нитчатые (спирогира, улотрикс) и пластинчатые (ульва, ламинария и др.). Каждая из этих форм имеет различные размеры — от 1 мкм до нескольких десятков метров (некоторые бурые и красные). Например, бурая водоросль макроцистис грушеносный вырастает за день на 45 см и достигает длины 160 м.

Строение клетки.Клетки большинства водорослей существенно не отличаются от типичных клеток высших растений, однако у них есть свои особенности.

Клетки водоросли имеют клеточную оболочку, состоящую из целлюлозы и пектиновых веществ. У многих из них в состав клеточной стенки входят добавочные компоненты: известь, железо, альгиновая кислота и др.

Цитоплазма у большинства водорослей расположена тонким слоем вдоль клеточной стенки и окружает большую центральную вакуоль. В цитоплазме хорошо различимы эндоплазматический ретикулум, митохондрии, аппарат Гольджи, рибосомы, одно или несколько ядер.

В клетках водорослей из органелл особенно заметны хроматофоры (хлоропласты), которые в отличие от хлоропластов высших растений более разнообразны по форме, размерам, числу, строению, местоположению и набору пигментов. Они могут быть чашевидными, лентовидными, пластинчатыми, звездчатыми, дисковидными и др.

В хроматофорах сосредоточены фотосинтезирующие пигменты: хлорофиллы a, b, c, d, каротиноиды (каротины и ксантофиллы), фикобилины (фикоцианин, фигоэритрин). Кроме того, в матриксе хроматофора находятся рибосомы, ДНК, липидные гранулы и особые включения— пиреноиды. Пиреноиды присущи почти всем водорослям и небольшой группе мхов. Они являются не только местом скопления запасных питательных веществ, но и зоной их синтеза.

Веществами запаса у водорослей служат крахмал, масло, гликоген, волютин, водорастворимый полисахарид ламинарин и др.

Размножение.Водоросли размножаются бесполым и половым путем. Бесполое размножение происходит фрагментами колонии или таллома, а также спорами.

У одних водорослей каждая особь способна формировать и споры, и гаметы в зависимости от времени года и условий среды, у других функции бесполого и полового размножения выполняют разные особи — спорофиты (образуют споры) и гаметофиты (формируют гаметы). У многих водорослей в цикле развития наблюдается строгое чередование поколений — спорофита и гаметофита (красные, бурые, некоторые зеленые).

Экологические группы. Подавляющее большинство водорослей живет в воде, но некоторые группы обитают в почве, на коре деревьев, на влажных камнях, в горячих источниках, на поверхности снега и льда.

Зеленые водоросли.Они могут быть одноклеточными и многоклеточными. Типичными представителями одноклеточных зеленых водорослей являются хламидомонада,хлорелла и плеврококк.

Хламидомонада обитает в пресных водоемах, лужах, на почве. Ее тело овальной, грушевидной формы. Клетка покрыта плотной оболочкой, на переднем конце два жгутика, с помощью которых он передвигается. Есть ядро, хроматофор чашевидной формы, красный светочувствительный глазок (стигма), две пульсирующие вакуоли, пиреноид (см. рис.1.).

Размножается бесполым и половым путем. Бесполое размножение происходит в благоприятных условиях: клетка теряет жгутики, цитоплазма делится на 2, 4 или 8 частей, каждая из которых одевается собственной оболочкой, образует жгутики и покидает материнскую клетку в виде зооспоры.Достигнув размеров материнской особи, хламидомонады вновь приступают к размножению. Половое размножение происходит в неблагоприятных условиях. Под оболочкой материнской клетки образуются 32 или 64 гаметы. Они выходят в воду, соединяются попарно и образуют зиготу. Зигота покрывается плотной оболочкой и зимует. Весной она делится и дает начало новым, обычно четырем, хламидомонадам.

.

                 Рис.1. Строение хламидомонады                         Рис.2. Хлорелла

Хлорелла (см. рис. 2.)встречается в пресных водоемах, на влажной почве. Это одноклеточная зеленая водоросль микроскопических размеров и шаровидной формы. Под плотной целлюлозной оболочкой находятся цитоплазма, ядро, хроматофор. Хлорелла и ее споры неподвижны. Она быстро размножается бесполым путем (делением клетки). Интенсивный процесс фотосинтеза позволяет хлорелле выделять большие количества кислорода и накапливать органические вещества.

Плеврококк встречается на коре деревьев, на скалах и почве, где образует сплошной зеленый налет. Это одноклеточная зеленая водоросль, в цитоплазме которой находятся ядро, вакуоль, пластинчатый хроматофор. В связи с приспособлением к наземным условиям жизни плеврококк утратил подвижные споры и размножается только бесполым путем — делением клетки надвое. Клетки плеврококка могут соединяться в группы по 4—6, образуя своеобразные «пакетики».

Примером многоклеточных зеленыхводорослей могут служить нитчатые водоросли улотрикс и спирогира.                       Улотрикс обитает в реках, где часто покрывает ярко-зеленым налетом подводные предметы, расположенные близко к поверхности воды. Неветвящиеся нити улотрикса состоят из ряда коротких клеток и одним концом прикрепляются к субстрату. Нити нарастают в течение вегетационного периода жизни водоросли в результате поперечного деления клеток. В цитоплазме клеток располагаются ядро и зеленый хроматофор в форме незамкнутого кольца.

В теплое время года в клетках улотрикса образуются подвижные споры с 2 или 4 жгутиками (зооспоры). Они выходят в воду, плавают, прикрепляются к какому-нибудь подводному предмету, начинают делиться и образуют

   Рис.3. Улотрикс

новые нити водоросли. При неблагоприятных условиях улотрикс размножается половым способом. В клетках водоросли образуются двужгутиковые гаметы. Выйдя из                                                                                                                                                                    клеток, они сливаются с образованием зиготы. Она делится на четыре клетки, каждая из которых, прорастая дает начало новой нити улотрикса (рис.3).

Спирогира является самой распространенной водорослью пресных вод, где ее скопления образуют основную массу зеленой тины. Нити спирогиры, свободно плавающие и неветвящиеся, состоят из довольно крупных цилиндрических клеток, покрытых слизью и плотной целлюлозной оболочкой. Хроматофор представлен спирально закрученной лентой. В цитоплазме находится большая вакуоль с клеточным соком, а также ядро, подвешенное на протоплазменных нитях.

Бесполое размножение у спирогиры происходит путем деления нити на фрагменты.

Половой процесс представлен конъюгацией: две нити располагаются параллельно друг другу, между противоположными клетками образуется соединяющий их канал, по которому содержимое одной клетки перетекает в другую. Образующаяся в результате конъюгации зигота покрывается плотной оболочкой , зимует, а весной дает начало новой водоросли.

Другими представителями зеленых многоклеточных водорослей являются кладофора,хара – пресноводная водоросль, съедобная водоросль ульва или «морской салат».

Красные водоросли или Багрянки. Большинство из них – морские водоросли. Это очень древняя группа водорослей. Преобладающее большинство красных водорослей – крупные растения, достигающие в длину метра. Но есть и очень мелкие багрянки. Таллом багрянок растет много лет. Он имеет различные формы: от сильно разветвленных, кустистых до тонких полосовидных и широких пластинчатых.

Багрянки – обитатели всех океанов планеты. Некоторые их них обитают в пресных водах

и на почве.В морях красные водоросли обитают на самых больших глубинах (до 200 м), куда проникает свет. Органами прикрепления служат присоски, ризоиды, подошвы. В хлоропластах багрянок , кроме хлрофилла, содержатся и другие пигменты: красные – фикоэритрины и синие – фикоцианины. От соотношения этих пигментов зависит окраска таллома, которая может меняться от малиново-красной до голубовато-стальной. Размножаются багрянки бесполым и половым путем.

Рис.4. Красные водоросли:

1 – порфира, 2 – филлофора.

Красные водоросли (порфиру, грациллярию) люди употребляют в пищу. Из многих видов багрянок (филлофора, анфельция) добывают ценное гелеобразующее вещество агар- агар, используемое в кондитерской промышленности и в микробиологии.

Бурые водоросли – это крупные, многоклеточные растения. Свое название получили из-за окраски таллома. В клетках этих водорослей помимо хлорофилла присутствуют и другие пигменты (фукоксантины), что обеспечивает различную окраску слоевища: от оливкоко-желтой до темно-бурой. Слоевище этих водорослей напоминает по форме кустки,пластины, ленты. Размеры таллома колеблются от 60 до 100 метров.

В большинстве своем бурые водоросли растут прикрепленными к твердому грунту или к другим водорослям. Для прикрепления к грунту им служат особые выросты слоевища – ризоиды, представляющие собой длинные корнеподобные разрастания. Бурые водоросли бывают однолетними и многолетними. Например, у ламинарии многолетними являются ризоиды и стволик, а длинная лентовидная (пластинчатая) часть таллома – однолетняя. Она ежегодно отрастает вновь от стволика.

Размножаются бурые водоросли бесполым и половым путем. При половом размножении зигота без периода покоя прорастает в новое растение.

В цикле развития большинства бурых водорослей происходит чередование поколений – спорофита и гаметофита.

Бурые водоросли – один из основных источников органических веществ в прибрежной зоне океанов и морей. В их зарослях, подобных подводному лесу, укрываются, находят пищу и кислород многочисленные животные. Многие бурые водоросли идут в пищу человеку, используются в промышленности, применяются на корм скоту и как удобрение.

Представители : ламинария, фукус, макроцистис, алария.

Значение водорослей. Водоросли имеют огромное значение в биосфере и хозяйственной деятельности человека. Благодаря способности к фотосинтезу они являются продуцентами громадного количества органических веществ в водоемах.

Поглощая из воды углекислый газ, водоросли насыщают ее кислородом, необходимым всем живым организмам. Велика их роль в биологическом круговороте веществ.

Водоросли служат сырьем для получения многих ценных веществ: спиртов, лаков, иода, брома, агар-агара. Некоторые водоросли используются в пищу, например, ламинария, которая обладает целебными свойствами.

В сельском хозяйстве водоросли применяются как органические удобрения и в качестве кормовой добавки в пищевом рационе домашних животных.

Наука о водорослях – альгология.

Высшие растения. Отдел Моховидные (мхи)

Общая характеристика. Мхи – древняя примитивная группа высших растений. Их насчитывается около 25 тыс. видов. Обитают повсеместно, но чаще всего в областях с умеренным и холодным климатом. Размеры их могут быть от одного миллиметра до нескольких сантиметров, иногда до 60 см.

Среди моховидных выделяют два больших класса – Печеночники и Листостебельные мхи.

У печеночников тело представлено разветвленным зеленым плоским слоевищем. У листостебельных мхов хорошо видны стебли и мелкие зеленые листья, т.е. есть побеги. Те и другие имеют ризоиды, которые поглощают воду из почвы и закрепляют растения. Все моховидные характеризуются значительной простотой внутреннего строения. В их теле имеется основная и фотосинтезирующая ткани, но проводящие, механические, запасающие и покровные ткани отсутствуют.

Печеночники и листостебельные мхи размножаются бесполым и половым способом); бесполое размножение осуществляется вегетативным путем и спорами, поэтому их относят к споровым растениям.

Печеночники – очень древние мхи. Они особенно богато представлены в тропиках. Один из распространенных видов печеночников – маршанция (рис. 5), обитающая во влажных местах, не занятых травой. У нее стелющееся листовидное слоевище, ризоидами прикрепленное к почве. В слоевище наблюдается разделение ткани на основную (в нижней части тела) и фотосинтезирующую (в верхней части тела). К маршанциевым относится теплолюбивая риччия водная, разводимая аквариумистами.

Листостебельные мхи в растительном покрове Земли играют значительно большую роль, чем печеночники. Один из наиболее известных зеленых листостебельных мхов - кукушкин лен, (рис.6) или политрихум обыкновенный, часто встречается в хвойных лесах, около сфагновых болот, в сырых местах. Многолетние крупные

Рис.5 Маршанция растения этого вида (9-15 см в длину), растущие группами, нередко

покрывают обширные площади в лесной зоне и в тундре. В почве он фиксируется ризоидами, поглощающими воду и минеральные соли. У этого мха есть коричневато-зеленый стебель, на котором спирально располагаются узкие зеленые листья. Мякоть листа состоит из клеток – ассимиляторов, расположенных в виде столбиков. В листе проходит жилка, состоящая из ксилемы и флоэмы. Стебель снаружи покрыт кожицей, под которой располагаются клетки коры. В жизненном цикле мха происходит чередование поколений: спорофита и гаметофита. Гаметофит кукушкина льна двудомный; он представляет собой листостебельное растение. На верхушках мужских растений находятся мешковидные выросты – антеридии, где образуются сперматозоиды. У женских растений на верхушках формируются грушевидные образования – архегонии, в которых созревают яйцеклетки. Оплодотворение возможно только в капельно-жидкой среде после дождя или выпадения росы. После оплодотворения из зиготы на верхушке женского растения развивается диплоидный спорофит - коробочка на длинной ножке. Коробочка представляет собой спорангий, имеет крышечку. Нижней частью ножки спорофит поглощает из женского растения питательные вещества, т.е. спорофит паразитирует на гаметофите. В спорангии развиваются гаплоидные ссоры, которые при созревании высыпаются из коробочки и, попав в благоприятные условия , прорастают, давая начало новой нити, которая называется протонема, на ней вскоре из почек появляются зеленые облиственные побеги. Таким образом, в жизненном цикле кукушкина льна наблюдается чередование поколений, причем гаметофит преобладает над спорофитом, а спорофит паразитирует на гаметофите.

.

.

Рис.6 Кукушкин лен Рис.7. Сфагнум

Сфагнум или торфяной мох (Рис.7.) - многолетнее растение, обитатель болот. Стебель его густо усажен мутовчато расположенными, мелкими зелеными листочками, имеющими беловато-зеленый цвет. В этих листочках находятся два вида клеток: одни – мелкие, удлиненной формы, содержат хлоропласты – в них идет процесс фотосинтеза. Другие клетки крупные, мертвые, бесцветные, в их оболочках имеются поры, через которые поступает вода. Это так называемые водосборные клетки, которые способны поглощать большое количество воды и долго сохранять ее. Нижняя часть стебля сфагнума не имеет ризоидов. Размножается сфагнум так же, как и кукушкин лен, но он является однодомным растением.

Сфагнум растет верхней частью побегов, нижние его части отмирают, но из-за недостатка кислорода не разлагаются полностью, накапливаются и образуют торф. Торф – ценное полезное ископаемое. Он используется как топливо, удобрение, сырье для химической промышленности.

Мхи обычно не поедаются животными. В природе они играют роль накопителей влаги и регуляторов водного баланса территорий.

Отдел Папоротниковидные.

Это довольно большая группа растений, куда относятся папоротники, хвощи и плауны.

Плауны или плауновидные. Очень древние растения, многие из которых вымерли в пермском периоде. В настоящее время они произрастают в хвойных и смешанных лесах, их насчитывается около 1000 видов. В нашей стране 14 видов плаунов. Один из них – плаун булавовидный (рис.8.). Это – многолетнее травянистое, вечнозеленое растение, ползучий побег которого достигает иногда до 3 метров длиной. Стебель покрыт мелкими чешуйчатыми темно-зелеными листьями. В почве растение укрепляется с помощью придаточных корней. Некоторые побеги несут спороносные колоски, в которых в середине лета созревают споры. Таким образом, растение плауна является спорофитом. Гаплоидные споры, попав во влажную почву, прорастают в бесцветные заростки размером 2 – 3 мм, которые с помощью ризоидов укрепляются в почве.

Рис. 8. Плаун булавовидный   Заросток – обоеполый гаметофит, на котором образуются

антеридии и архегонии. В присутствии воды происходит оплодотворение, в результате которого образуется диплоидная зигота, а из нее развивается новый спорофит.

Помимо размножения спорами плаунам свойственно вегетативное размножение почками, побегами. Растут плауны очень медленно. У некоторых видов развитие гаметофита из споры длится 6 – 15 лет. Продолжительность жизни спорофита может быть до нескольких десятилетий.

Отдел хвощевидные. Это немногочисленная группа растений, насчитывающая около 20 видов. Типичными представителями являются хвощ полевой (Рис. 9), хвощ луговой и хвощлесной. Это многолетние травянистые растения с хорошо развитым корневищем, от которого отходят придаточные корни. Для хвощей характерно особое строение побегов:          они состоят из члеников (междоузлий) и узлов с мутовчато расположенными листьями. Листья имеют стеблевое происхождение – это сильно измененные боковые веточки. Другая особенность – накопление кремнезема в клеточных стенках, а также на поверхности клеток эпидермы, образующего прочный слой с мелкими бугорками. Снаружи слой кремнезема покрыт кутикулой               Рис. 9.Хвощ полевой              с восковым налетом. Кремнезем играют механическую и

                                                  и защитную роль.

Весной на корневищах вырастают побеги, которые заканчиваются спороносными колосками. Колоски содержат спорангии, где формируются гаплоидные споры, после раскрытия спорангиев они высыпаются и разносятся ветром. Из спор развиваются гаметофиты (заростки) в виде пластинок диаметром от нескольких миллиметров до 3 сантиметров. На нижней стороне гаметофитов образуются бесцветные ризоиды длиной до 1 см, с помощью которых они прикрепляются к почве и всасывают воду и минеральные соли. Оплодотворение хвощей осуществляется в капельно-жидкой среде. Образующаяся зигота прорастает в спорофит.У хвоща полевого после рассеивания спор весенние побеги засыхают, а из корневищ развиваются летние побеги до 50 см высотой. По внешнему виду они отличаются от весенних. В узлах летних побегов мутовчато расположены тонкие веточки с мелкими чешуевидными листьями, а стебель – фотосинтезирующий орган.

Папоротники. Одна из наиболее древних групп растений. Они представлены разнообразными жизненными формами, в том числе и тропическими древовидными, достигающими до 20 метров высоты. Всего их насчитывается до 10 тыс.видов, распространены повсюду, предпочитая увлажненные места. В умеренном климате встречаются орляк, щитовник, пузырник, страусник. Папоротник имеет корень, короткий стебель и листья – вайи, у большинства они перистые. Корни – придаточные, стебель представлен коротким деревянистым корневищем и имеет эпидермис, механическую и проводящую ткань. Точка роста находится на вершине корневища, весной из нее выходит пучок новых листьев. Молодые листья свернуты в виде улитки и густо покрыты коричневыми чешуйками. Развитие листа совершается медленно, осенью листья отмирают. В большинстве случаев листья совмещают функции фотосинтеза и спороношения. На нижней стороне листа заметны бурые бугорки – сорусы,расположенные рядами по обе стороны от срединной жилки. При созревании спор спорангии (Рис.10) подсыхают, раскрываются, и споры высыпаются наружу. В благоприятных условиях споры прорастают, образуя заросток- зеленую сердцевидную пластинку диаметром около 1 см. В почве заросток укрепляется ризоидами, которые снабжают его водой и минеральными солями. На нижней стороне заростка развиваются антеридии, в которых созревают сперматозоиды, и архегонии, где созревают яйцеклетки. По воде во время дождя или с каплями росы сперматозоиды проникают внутрь архегониев, один из спермиев сливается с яйцеклеткой, происходит оплодотворение. Из зиготы развивается зародыш. Первое время он питается за счет заростка. После того, как у зародыша образуются корень, стебель и листья заросток отмирает.

Таким образом, в развитии папоротника происходит чередование двух поколений. Листостебельное растение, на котором образуются споры, - является спорофитом (бесполым поколением), у папоротников оно преобладает. Заросток, на котором формируются половые клетки, - является гаметофитом (половым поколением).

На корнях папоротника часто образуются выводковые почки, при помощи которых происходит его бесполое размножение.

Значение папоротников. В каменноугольном периоде древовидные папоротники достигли расцвета, а при отмирании дали скопления, из которых образовался каменный уголь. Некоторые виды папоротников используются как декоративные. Молодые листья некоторых папоротников (орляк) употребляются в пищу. Отвары корневищ и настойки некоторых папоротников применяют в медицине как болеутоляющие, противовоспалительные средства.

Рис.10. Спорангии папоротника

⇐ Предыдущая 123 4 5 6 7 Следующая ⇒