Водоросли. Строение и жизнедеятельность одноклеточных водорослей

ОСНОВНЫЕ ГРУППЫ РАСТЕНИЙ.

(хламидомонада, хлорелла). Размножение водорослей. Нитчатые водоросли. Значение водорослей в природе и хозяйстве.

Водоросли обнаруживаются повсеместно во всех пригодных для жизни местообитаниях. Водоросли — это разнородная в таксономическом отношении группа организмов, которые возникли и эволюционировали независимо друг от друга. Водоросли — это фотосинтезирующие организмы, выделяющие кислород, они обитают преимущественно в воде. По строению тела водоросли делятся на одноклеточные, колониальные и многоклеточные. Тело многоклеточных водорослей представлено талломом, или слоевищем, не разделяется на многоклеточные вегетативные органы.

Клетки многих водорослей по своему строению похожи на растительные, то есть у них имеются клеточная стенка, вакуоль с клеточным соком и хлоропласты, которые у водорослей называются хроматофорами. В хроматофорах находятся пигментные системы, в состав которых входят хлорофиллы, каротиноиды. Комбинации этих пигментов обусловливают окраску талломов водорослей. Некоторые водоросли утратили способность к фотосинтезу и полностью перешли на гетеротрофный тип питания.

Размножение у водорослей может происходить тремя способами: вегетативным, бесполым и половым путем с участием гамет. Половой процесс у водорослей бывает трех типов: изогамия, при которой происходит слияние подвижных гамет одинаковых по размеру и форме; гетерогамия, при которой сливаются подвижные гаметы, имеющие одинаковую форму, но отличающиеся по размерам; оогамия, когда сливается неподвижная крупная женская гамета — яйцеклетка с мелким подвижным сперматозоидом.

Строение и жизнедеятельность одноклеточных водорослей могут быть рассмотрены на примере хламидомонады и хлореллы.

Хламидомонада — зеленая водоросль, которая обитает в лужах и других мелких водоемах. По форме клетки эта водоросль напоминает каплю. Снаружи клетка хламидомонады покрыта клеточной стенкой, состоящей из пектина. Водоросль передвигается в воде с помощью 2-х одинаковых жгутиков, расположенных на переднем конце клетки. Большую часть занимает чашевидный хроматофор. Ближе к переднему концу в нем расположен красный глазок, который воспринимает свет. В хроматофоре происходит процесс фотосинтеза и откладывается запасной полисахарид — крахмал. В цитоплазме клетки расположено ядро и две сократительные вакуоли. Вакуоль с клеточным соком у хламидомонады отсутствует. Размножение у хламидомонады бесполое и половое. Бесполое размножение осуществляется с помощью зооспор, которые формируются внутри материнской клетки. Чаще всего формируется 2-4-8 двужгутиковых зооспор, каждая из которых после выхода в воду дорастает до размеров взрослой особи. При половом размножении под оболочкой материнской клетки образуются двужгутиковые гаметы, которые попарно сливаются и образуют зиготу. Зигота покрывается толстой оболочкой и зимует. Весной ядро в ней мейотически делится, и в результате формируются четыре молодые гаплоидные хламидомонады. Таким образом, большая часть жизненного цикла хламидомонады протекает в гаплоидной стадии, у диплоидной является только зигота.

В пресных и соленых водоемах, а также в почве и на ее поверхности встречается одноклеточная зеленая водоросль хлорелла. Ее клетка имеет шаровидную форму, покрыта плотной целлюлозной оболочкой. В цитоплазме находится ядро и крупный чашевидный хроматофор. Хлорелла размножаются только бесполым путем с помощью округлых неподвижных апланоспор. Хлорелла — удобный объект для научных исследований, с ее помощью активно изучаются многие процессы, происходящие в фотосинтезирующих клетках. Ее использовали на космических кораблях для регенерации воздуха и утилизации органических остатков в замкнутых системах жизнеобеспечения.

Представителями нитчатых водорослей являются улотрикс и спирогира.

Нитчатая зеленая водоросль улотрикс обитает преимущественно в пресных водоемах и образует зеленый налет на подводных предметах. К субстрату нить улотрикса прикрепляется с помощью одной бесцветной базальной клетки (ризоида). Нити улотрикса не ветвятся и состоят из коротких одинаковых клеток. В цитоплазме клетки расположено ядро и хроматофор в виде незамкнутого кольца. Большая часть клетки занята вакуолью с клеточным соком. Размножается улотрикс вегетативным, бесполым и половым путем. Четырехжгутиковые зооспоры формируются внутри клеток улотрикса, выходят в воду, плавают, затем прикрепляются к подводным предметам и начинают делиться, формируя новые нити. В результате первого деления клетка образует две разнокачественные клетки: одну бесцветную (ризоид), другую зеленую. При делении этой клетки происходит нарастание нити тела водоросли. При половом размножении в клетках образуются двужгутиковые гаметы. Выйдя из материнской клетки, гаметы сливаются в воде, образуя четырехжгутиковую зиготу, которая, проплавав определенное время, одевается оболочкой. После периода покоя в зиготе в результате мейотического деления формируются 4 гаплоидных зооспоры, которые после выхода в воду прорастают в новые нити, таким образом, большую часть жизненного цикла улотрикс проводит в гаплоидном состоянии, диплоидна у него только зигога.

Другая широко распространенная зеленая нитчатая водоросль — спирогира образует скопления зеленой тины в пресных водоемах. Нити ее не ветвятся, состоят из крупных цилиндрических клеток, одетых целлюлозной оболочкой и слизью. В центре клетки распложена крупная вакуоль с клеточным соком, ядро. Хроматофор спиральнозакрученный. Размножается спирогира вегетативным (при разрывах нитей) и половым способом. Половой процесс: сливается содержимое вегетативных клеток двух рядом расположенных нитей. Образующаяся диплоидная зигота одевается оболочками и превращается в зимующую стадию. Весной ядро претерпевает мейотическое деление, три гаплоидных ядра отмирают, и вырастает только одна новая гаплоидная нить спирогиры.

Водоросли, которые обитают в морях, могут быть одноклеточными, колониальными и многоклеточными. Наиболее крупные талломы имеют бурые, красные и зеленые водоросли. Бурые водоросли являются многоклеточными организмами желто-бурой окраской, которая обусловлена наличием большого количества желтых и бурых пигментов. Наиболее густые заросли бурые водоросли образуют до глубины 15 м, хотя могут заходить до глубины 40-100 (200) м. В северных и умеренных широтах произрастает одна из самых распространенных бурых водорослей — ламинария, или морская капуста, таллом которой может достигать в длину 20 м. В ее талломе держится много аминокислоты метионина, йода, углеводов минеральных веществ и витаминов, по содержанию которых она может превосходить многие овощи и кормовые травы. В жизненном цикле ламинарии происходит чередование бесполого и полового поколений. Эту водоросль культивируют в северных морях России и странах Юго-Восточной Азии.

Красные водоросли, или багрянки, в основном обитают морях. Они называются так из-за окраски таллома, которая меняется в зависимости от соотношения пигментов от темно-малинового, розового до голубовато-зеленого или желтого цвета. Наличие красного пигмента позволяет обитать красным водорослям на больших глубинах (до 200 м). Это самые глубоководные водоросли. Их многоклеточные слоевища имеют вид красивых сложно рассеченных пластинок, иногда кустиков, напоминающих кораллы, но некоторые представители могут состоять из единственной клетки или образовывать колонии. В состав клеточной стенки красных водорослей помимо целлюлозы входит агар. Многие багрянки съедобны.

Значение водорослей в природе и хозяйстве многообразно. Водоросли способны синтезировать органические вещества из неорганических в процессе фотосинтеза. В водных экосистемах они чаще всего выполняют роль продуцентов, то есть несут ту же функцию, что и зеленые растения на суше. Это начальное звено в цепях питания.

В процессе фотосинтеза они выделяют большое количество кислорода. Кислород растворяется в воде и используется для дыхания другими гидробионтами.

Заросли водорослей служат местом обитания, укрытия и размножения многих животных, то есть водоросли формируют разнообразные водные биотопы.

При наступлении благоприятных внешних условий некоторые водоросли способны в массе развиться и вызывать цветение воды. Зеленое цветение воды в канавах, лужах и ямах чаще всего обусловлено размножением эвгленовых водорослей. Большой урон рыболовству наносят красные приливы — цветение морей, вызванные рядом микроскопических одноклеточных водорослей (отсюда название — Красное море). Водоросли, вызывающие «красные приливы», выделяют вещества, токсичные для животных и человека.

Почвенные водоросли участвуют в формировании структуры почвы, обеспечивают частично ее плодородие, насыщают почву кислородом, принимают участие в формировании ряда горных и осадочных пород.

Водоросли вступают в различные отношения с другими организмами, например, являются внутриклеточными симбионтами некоторых беспозвоночных. С грибами входят в состав лишайников — особого типа симбиотических организмов. Встречаются и водоросли — паразиты, в разной степени зависящие в своем питании от хозяина. Водоросли могут паразитировать на других водорослях, на высших растениях, на беспозвоночных животных.

Водоросли широко употребляют в пищу (виды рода порфира, ламинария, ундария). Ряд видов успешно культивируют.

Красные водоросли используют для получения агара, который обладает желирующими свойствами. Агар употребляют при изготовлении желе, пастилы, суфле, ряда конфет, и продуктов, а в микробиологии для приготовления сред, на которых выращиваются микроорганизмы.

Бурые водоросли — единственный источник получения альгинатов — соединений альгиновой кислоты, которые используют в пищевой промышленности.

Водоросли применяются в медицине при лечении ряда болезней. В последние годы препараты из водорослей используют для выведения радионуклидов.

Некоторые водоросли применяют в качестве индикаторных организмов для определения степени загрязнения водоемов. Используют их и для очистки сточных вод.

Ряд водорослей служит объектами при научных исследованиях.

Поиск по сайту: