Растения — одно из царств жи-вой природы. Только цветковых насчитывается более 250 тыс. видов. Главный отличительный признак большинства растений — способность к фотосин-тезу. У всех зелёных растений имеется пигмент хлорофилл, с помощью кото-рого они улавливают энергию солнечного света и осуществляют фотосинтез.
Одна из древнейших групп фотосинтезирующих, преимущественно водных, организмов — водоросли . Тело водорослей не расчленено на отдель-ные органы и потому называется слоевищем или талломом (греч. thallos — «росток», «побег»). Водорослей насчитывается более 35 тыс. видов, большая часть из них — одноклеточные . Это порфировые, золотистые, диатомовые, жёлто-зелёные, эвгленовые и зелёные.
По составу фотосинтезирующих пигментов все водоросли принято делить на три группы.
У водорослей первой группы кроме хлорофилла a есть хлорофилл b и набор жёлтых пигментов — каротиноидов (каротины и ксантофилы), кото-рые не изменяют зелёную окраску водорослей. Эти пигменты свойственны зелёным водорослям.
Во второй группе водорослей помимо хлорофилла a имеются хлорофилл c и каротиноиды, но они иные, нежели в первой груп-пе: среди ксантофиллов присутствует фукоксантин. К этой группе относятся золотистые, диатомовые и бурые водоросли.
Третью группу составляют во-доросли, содержащие кроме хлорофилла и каротиноидов особые пигменты — фикобиллины: синий фикоциан и красный фикоэритрин. Помимо хлорофилла a у некоторых из видов присутствует ещё хлорофилл d. Эту группу со-ставляют красные водоросли (багрянки).
Многие водоросли имеют жгутики, с помощью которых перемещаются в воде, но есть и безжгутиковые. Особое строение отличает диатомовые во-доросли (диатомеи). Их клетка снаружи окружена твёрдой кремнеземной оболочкой, называемой панцирем. Формы этого панциря на удивление при-чудливы и изящны. При делении клетки панцирь тоже делится на две поло-винки. Диатомеи объединяются в колонии различного типа: цепочки, нити, ленты, звёздочки, кустики и слизистые плёнки (рис. 49).
Пирофитовые водоросли имеют жгутики и строение клеток с чётко вы-раженными спинной, брюшной и боковыми сторонами; также заметна разни-ца между передним и задним концами тела. У некоторых имеется панцирь.
Золотистые и жёлто-зелёные водорос-ли названы так из-за своеобразной окрас-ки клеток, вызванной разными сочета-ниями хлорофиллов и каротиноидов. Материал с сайта
Зелёные водоросли — самый об-ширный отдел из всех известных в на-стоящее время водорослей. В основном это пресноводные растения, насчитыва-ющие около 20 тыс. видов. Все виды ха-рактеризуются чисто-зелёным цветом своих слоевищ, что обусловлено преоб-ладанием хлорофилла над всеми други-ми пигментами. Очень разнообразны по размерам тела особей у разных видов — от 1-2 мкм до нескольких сантиметров в длину. Есть подвижные со жгутиками (хламидомонада), есть неподвижные (протококк, хлорелла). Колонии — шарообразные (вольвокс золотой) и плас-тинчатые (гониум пекторальный).
Значение водорослей в природе огромно. Водоросли обеспечивают питание и условия обитания многим другим видам, выделяют кислород и по-глощают углекислый газ, создают органические вещества. Водоросли служат сырьём для медицинской и пищевой промышленности, научным материалом для биологов, исследующих
Весьма своеобразные искусственные луга образуют одноклеточные планктонные водоросли, выращиваемые в самых различных районах земного шара.
В морской среде планктонные водоросли иногда достигают чрезвычайно большой численности, размножаясь Делением с огромной скоростью. При благоприятных условиях в одном литре воды может находиться до не скольких десятков миллионов микроскопических растений. Обильное их размножение придает, в зависимости от вида водорослей, воде разнообразные оттенки: желтый, зеленый, бурый, красный и до. В таких случаях говорят о цветении моря. В течение месяца потомство одной диатомовой водоросли может достигнуть 100 млн. Клеток, но планктонные водоросли не живут долго и Колоссальной численности достигают лишь на протяжении короткого периода времени. Массовое размножение микроскопических водорослей иногда приводит к заморам в отдельных районах морей, т. е. к массовой гибели большинства животных и растений.
Мелкие планктонные водоросли, находясь во взвешенном состоянии, для своего размножения и роста могут использовать многометровую водную толщу. Установлено, что на единицу биомассы планктонных водорослей приходится большая работа по связыванию солнечной энергии, чем у крупных водных растений. Планктонные водоросли используют от 3 до 7% солнечной энергии, т. е. в несколько раз больше, чем наземные растения. По некоторым расчетам только диатомовые водоросли в течение одного года образуют на 1 км 2 площади до 1500 т живой массы.
В морском фитопланктоне содержатся практически все незаменимые аминокислоты, жиры, углеводы, много различных витаминов, но, несмотря на его огромное количество, добыча микроскопических растений в Мировом океане по ряду технических причин нерентабельна. Во многих странах разрабатываются методы искусственного разведения одноклеточных водорослей.
Примерно из 6 тыс. различных видов планктонных водорослей для культивирования наибольший интерес представляют пока протококковые, к которым относятся прежде всего хлорелла (Chlorella vulgaris), сценедесмус (Scenedesmus asumitatus) и др.
Несмотря на то что хлорелла является пресноводной водорослью, экспериментально доказано, что ее с большим успехом можно выращивать и в соленой морской воде.
Смешанная культура хлореллы и хламидомонады, так называемая зеленая вода, широко используется в Японии и других странах для кормления зоопланктонных организмов, служащих в свою очередь кормом для личинок рыб и креветок. Одноклеточные водоросли применяются для кормления устриц, мидий, морских гребешков и других моллюсков. Оказалось, что планктонные водоросли можно культивировать в сточных водах, что значительно удешевляет выращивание морских животных.
Искусственно изменяя условия содержания (температуру, освещенность, солевой и газовый состав и др.), можно получать водорослевую массу с различным содержанием органических и минеральных веществ. Таким образом, регулируя условия, удается направлять процесс фотосинтеза, добиваясь продуцирования живого вещества требуемого химического состава. В одной и той же культуре хлореллы удавалось менять содержание жира в клетках от 4,5 до 85,6% (в пересчете на сухое вещество), белков - от 8,7 до 58%, углеводов - от 5,7 до 37,5%.
Хлореллу обычно выращивают в бассейнах глубиной 10-15 см до достижения концентрации водорослей, равной 1-2 г биомассы в 1 л воды. На некоторых установках получают с 1 м 2 площади 20-30 г сухого вещества водорослей, содержащего до 50% белковых веществ. В хлорелле белковых веществ вдвое больше, чем в бобовых, и в четыре раза больше, чем в пшенице.
Ученые Академии наук Узбекистана разработали промышленную установку для выращивания хлореллы. С одного гектара ее площади можно получать до 300-500 ц сухой, или до 1200-2000 ц сырой биомассы. В этом количестве хлореллы содержится 150-250 ц белка. Пока ни одна сельскохозяйственная культура не дает таких огромных урожаев.
Созданная в 1971 г. установка для выращивания хлореллы могла производить более 6 т зеленой массы в сутки. Исследования узбекских ученых показали, что с одного гектара водорослевого хозяйства можно получать столько белка, сколько дает эксплуатация 20-25 га земли, засеянной пшеницей, или 10 га картофельного поля.
В ФРГ выведена культура протококковых водорослей с продолжительностью роста 2 дня. В них содержится до 50% белка. Стоимость однодневного рациона человека на основе этих водорослей не превышает 0,035 марки.
Установлено, что 100 г высушенной хлореллы при ежедневном использовании в пищу поставляют человеку необходимое количество витаминов.
Белковые продукты, производимые из одноклеточных водорослей, могут использоваться как для питания людей, так и в качестве прибавки к кормам сельскохозяйственных животных. Введение в рацион животных суспензии из хлореллы позволяет повышать ежесуточные привесы на 15-20%. Получая белок из одноклеточных водорослей, можно использовать его в качестве заменителя рыбной и соевой муки в животноводстве. Для этих целей в Японии строится завод по производству белкового концентрата производительностью до 200 тыс. т в год.
Оболочки клеток хлореллы (без соответствующе обработки) устойчивы к действию желудочного сока, что мешает перевариванию водорослей в желудках сельскохозяйственных животных и человека. Сухую клеточную массу водорослей размалывают на шаровых мельницах, обрабатывают перекисью водорода, сырые водоросли, продавливаются через перфорированный диск и т. д. Весьма эффективный метод разрушения клеточных оболочек предложен чехословацкими учеными. Сырая мяса хлореллы загружается в особые установки и под давлением 0,5 МПа (5 кгс/см 2) подвергается термообработке. В результате получается зеленый порошок, содержащий легко усвояемые человеком и животными питательные вещества.
Применение одноклеточных водорослей в сельском хозяйстве не ограничивается животноводством. Внесение их в почву позволяет повышать урожай некоторых зерновых культур в среднем на 15%.
Для выращивания одноклеточных водорослей в широком масштабе необходимо решить еще целый ряд проблем. Так, несмотря на высокую концентрацию водорослей в водоемах для культивирования, процесс их сбора требует больших затрат труда. Вначале водоросли подвергают предварительному концентрированию затем окончательному концентрированию и сушке.
На первом этапе водоросли сгущают посредством флотации или центрифугирования на центрифугах постоянного действия. Окончательное концентрирование одноклеточных водорослей осуществляют на центрифугах периодического действия, фильтрованием через фильтры из синтетических материалов, выпариванием воды на солнце и т. д. В результате получается масса, содержащая 8-10% сухого вещества. После окончательного концентрирования клеточную массу высушивают до содержания в ней влаги 10-12% следующими методами: сублимационной сушкой, азеотропной сушкой, сушкой с распылением клеточной массы и сушкой в сушилках конвейерного типа.
Хлорелла при идеальных условиях за одни сутки может увеличиваться в объеме в 10 тыс. раз, и с единице площади устройств для ее выращивания можно снижать ежегодно до 240 урожаев. Многочисленные удачныe эксперименты по культивированию одноклеточных водорослей указывают на один из весьма перспективных путей получения пищевых и кормовых веществ.
Морские растения являются прекрасным объектом культивирования, благодаря способности усваивать углекислоту, минеральные соли, воду и синтезировать различные органические соединения. Росту водорослей способствуют соли азота, фосфора, калия и соединения, содержащие микроэлементы. Весьма ценным свойством водорослей является их способность усваивать питательные вещества из воды всей своей поверхностью.
Широкое распространение водорослей во всех морях создает предпосылки для их искусственного выращивания. Культивируя морские растения в наиболее благоприятных регулируемых условиях, человечество может получать ежегодно на морских плантациях миллионы тонн цепной продукции.
В настоящее время на подводных лугах различных государств мира ежегодно выращивается около 800 тыс. т водорослей.
Водоросли - самые древние растения на Земле. Водоросли относятся к низшим растениям , они не имеют ни корней, ни стеблей, ни листьев . Среди водорослей есть одноклеточные и многоклеточные растения. Водоросли размножаются простым делением клеток или спорами.
Одноклеточные водоросли
Зелёные водоросли обитают в солёной и пресной воде, на суше, на поверхности деревьев, камней или зданий, в сырых, затенённых местах. Простейшие зелёные водоросли - одноклеточные.
Во время «цветения» мелких луж или водоёмов вода имеет изумрудный оттенок. В капле такой воды под микроскопом хорошо видно множество различных одноклеточных зелёных водорослей. Чаще всего встречается одноклеточная водоросль хламидомонада (в переводе с греческого - «простейший организм, покрытый одеждой » - оболочкой).
Хламидомонада - одноклеточная зеленая водоросль грушевидной формы. Она движется в воде при помощи двух жгутиков, находящихся на переднем, более узком конце клетки. Снаружи хламидомонада покрыта прозрачной оболочкой, под которой расположены цитоплазма с ядром, красный «глазок» (светочувствительное тельце красного цвета), крупная вакуоль, заполненная клеточным соком, и две маленькие пульсирующие вакуоли. Хлорофилл, содержащийся в хроматофоре, придает зеленую окраску всей клетке.
Хлорелла - ещё одна одноклеточная зелёная водоросль, которая широко распространена в пресных водоёмах и на влажных почвах. Её мелкие шаровидные клетки видны только с помощью микроскопа. Снаружи клетка хлореллы покрыта оболочкой, под которой находится цитоплазма с ядром, а в цитоплазме - зелёный хроматофор.
Размножение водорослей путем образования зооспор называют бесполым размножением.
При наступлении неблагоприятных условий размножение хламидомонады усложняется. Сначала хламидомонада делится на большое число мелких подвижных клеток со жгутиками. Затем мелкие подвижные клетки разных особей хламидомонады соединяются попарно. При этом цитоплазма и ядро одной клетки сливаются с цитоплазмой и ядром другой клетки. Так из двух клеток образуется одна новая, которая покрывается толстой плотной оболочкой. В таком виде организм зимует. Весной из клетки с толстой оболочкой образуется несколько молодых хламидомонад. Они покидают оболочку материнской клетки, растут и вскоре становятся взрослыми.
Размножение водорослей путем слияния двух клеток и последующего деления новой клетки называют половым размножением.
Цель урока: показать, что клетка может быть целостным организмом; рассмотреть особенности строения одноклеточных водорослей, их роль в природе.
Задачи.
Образовательные: начать формировать представления о различных отделах растительного мира; выделить особенности строения одноклеточных водорослей, познакомить с многообразием, средой обитания и особенностями жизнедеятельности водорослей.
Воспитательные: обратить внимание на красоту природы и одноклеточных растений, подвести к пониманию необходимости заботы о природе.
Развивающие: развивать навыки работы с микроскопом, дополнительными источниками информации, ведения конспективных записей, выполнения тестовых заданий; развивать интерес к изучению биологии.
Ход урока
I. Организационный момент
До начала урока на партах размещаются материалы с рабочими листами, тестовыми заданиями и оборудование для проведения лабораторной работы (микроскопы и микропрепараты). На доске прикрепляются карточки с названиями новых систематических групп (обратной стороной.
Здравствуйте, ребята!
У нас с вами сегодня пройдёт необычный урок, а урок-экспедиция.
– А что же такое экспедиция? (Путешествие со специальной научной целью)
Во время экспедиции путешественники узнают много нового, делают путевые заметки. Мы с вами тоже будем делать записи в специальных рабочих листах, которые находятся у вас на партах. А чтобы ваши старания были оценены по достоинству, давайте их подпишем. Старайтесь ничего не пропустить, успевайте выполнить задания, будьте внимательны!
II. Актуализация знаний
На предыдущем уроке мы с вами говорили о науке систематике.
Давайте вспомним, что же такое систематика? (Ответы учеников)
Кто был первым учёным-систематиком? (Ответы учеников)
Какой вклад в науку он сделал? (Ответы учеников)
А зачем нужна классификация растений? На основе каких признаков растения объединяются в одну группу: вид, род и т.д.
Ребята, давайте попробуем на доске представим классификацию растений от царства до вида. (Один из учеников работает у доски с карточками - задание на соответствие).
У меня есть ещё одно задание, которое я вам приготовила заранее.
Но к сожалению наша уборщица, когда мыла доску, всё перепутала. Давайте сейчас с вами попробуем всё восстановить.
На доске карточки с названиями систематических групп.
Царство: Растения
Отдел: Покрытосеменные
Класс: Двудольные
Порядок: Капустоцветные
Семейство: Капустные
Род: Капуста
Вид: Капуста огородная
А сейчас, давайте немного поиграем! У меня есть специальный мешочек, со словами. Ваша задача, достать один и объяснить смысл слова.
Слова: вид, таксон, царство, Жан Батист Ламарк, Карл Линней, Аристотель.
Но у меня есть одна проблема.
Попробуйте ответить на следующие вопросы (они написаны на доске)
- Кто покрасил белых медведей в зоопарке?
Что является причиной “цветения” воды в водоемах?
Что такое арбузный снег?
Летом 2001 года в Индии пролился красный дождь. Как можно объяснить это явление?
Узнать ответы на эти вопросы и будет целью нашей сегодняшнего путешествия.
Итак, ребята наше знакомство с растительным миром мы начнём с самых древних жителей нашей планеты – водорослей. Водоросли – это так называемые низшие растения, т.е. их тело не разделено на органы (корни, листья, стебли)
На доске:
Я рожден волной зеленой,
Корнем к камню прикреплен.
Влагой горькой и соленой
Этот корень напоен…
Начнём наше знакомство с водорослями с самых простых -одноклеточных водорослей.
Оказывается, есть такие одноклеточные
растения, которые выступают в роли целого
организма. Именно их нам предстоит сегодня
изучить, чтобы найти ответ на интересующие нас
вопросы.
Итак, записываем тему нашего урока –
Одноклеточные водоросли. Строение и значение.
Сегодня мы постараемся выяснить, как устроены и
какую роль в природе играют одноклеточные
водоросли.
III. Изучение нового материала
– Куда же отправиться нашей экспедиции на их
поиски? Где обитают водоросли? (В водоемах)
Мы мысленно переместились на берег реки и взяли
пробу воды.
– Что можно сказать о её внешнем виде? (Вода
имеет зеленый оттенок)
– Как вы думаете, что придало воде такую окраску? (Обитающие
в ней одноклеточные водоросли)
– Видны ли они в воде невооруженным глазом? (Нет)
– Почему мы не можем их рассмотреть? (Они имеют
очень маленький размер)
А с помощью микроскопа в пресных водоемах можно
обнаружить одноклеточную зеленую водоросль,
которая называется хлорелла.
–
Может быть, кто-то из вас знает от какого
слова образовано название этой водоросли? На
какое известное вам слово оно похоже? (Хлорофилл,
хлоропласт)
Все эти слова – однокоренные, образованы от
греческого слова “хлорос” – зеленый. А вторая
часть названия – от латинского суффикса,
придающего уменьшительное значение, “элла” –
маленькая.
Хлорелла имеет шарообразную форму. Снаружи она
защищена плотной оболочкой, под которой
находится мембрана. В цитоплазме располагаются
ядро, вакуоль и один крупный хлоропласт, который
у водорослей носит название – хроматофор
.
В нем, так же как у наземных растений, содержится
хлорофилл и происходит процесс фотосинтеза.
Пора начинать вести наши путевые заметки.
Отметьте в рабочих листах, что такое
хроматофор.
Часто обитателем пресных водоемов является и
другая одноклеточная водоросль – хлорококк
.
Вторая часть названия этой водоросли происходит
от греческого слова “коккос” – зерно, его
употребляют, чтобы подчеркнуть шарообразную
форму объекта.
Клетки хлорококка крупнее, чем у хлореллы и
покрыты более толстой оболочкой. Это связано с
тем, что эта водоросль может жить не только в
воде, но и на суше во влажных местах. Под
оболочкой находятся ядро, цитоплазма, вакуоль и
хроматофор с пигментами.
А теперь давайте познакомимся еще с одним
представителем одноклеточных водорослей. Перед
нами водоросль – хламидомонада
. В переводе с
греческого языка “хламида” – одежда,
“монадос” – частица, существо, организм. Клетка
хламидомонады имеет грушевидную форму, снаружи
покрыта оболочкой, под которой можно обнаружить,
ядро, чашевидный хроматофор, пару пульсирующих
сократительных вакуолей (удаляют из клетки
избыток воды и продукты обмена веществ), красный
светочувствительный глазок, цитоплазму, которая
имеет тонкие выросты – жгутики. Жгутики так
быстро движутся, что разглядеть их можно только
на неподвижной клетке.
Клетка хламидомонады способна накапливать
различные пигменты - красящие вещества.
– Чем хламидомонада отличается от хлореллы и
хлорококка? (Она подвижная, у неё есть
светочувствительный глазок, сократительные
вакуоли)
– Как вы думаете, с помощью чего хламидомонада
двигается? (С помощью жгутиков)
Действительно, жгутики
– это органоиды
передвижения хламидомонады. С их помощью она
активно движется в сторону лучшего освещения.
– Зачем хламидомонаде искать освещенные участки
водоема? (Свет необходим для фотосинтеза)
– С помощью чего она может определить степень
освещенности? (С помощью светочувствительного
глазка)
Таким образом, мы понаблюдали за представителями
одноклеточных водорослей, изучили их строение.
Размножение одноклеточных водорослей
происходит 2-мя способами, в зависимости от
внешних условий.
А сейчас, юные исследователи, пришло время для решения
наших проблемных задач:
– Кто покрасил белых медведей в зоопарке? (Водоросль
хлорелла, которая может поселяться во влажной
шерсти животных и придавать ей зеленую окраску;
медведь любит купаться, а шерстинки у него полые
внутри)
– Что является причиной “цветения” воды в
водоемах? (Интенсивное размножение
одноклеточных зеленых водорослей, например
хлорококка, придает зеленую окраску среде
обитания)
– Откуда в горах берется розовый снег? (В горах
на поверхности снега обитает хламидомонада
снежная, которая накапливает пигмент, придающий
розовую окраску снегу)
– Летом 2001 года в Индии пролился красный дождь.
Как можно объяснить это явление? (В дождевой
воде присутствовали представители водоросли
хлорококка, содержащие пигмент каротин, который
придал им самим и воде красную окраску)
Ребята, а вы знаете, что к нам в гости сегодня пришли учёные. Давайте мы послушаем, что они нам интересного скажут об этих организмах.
Выступления учащихся.
Ученый-эколог. Одноклеточные водоросли входят в состав планктона. Планктон происходит от греческого слова, означающего “скиталец”, и представляют морское и океаническое сообщество.
Самые мелкие представители – наннопланктон – имеют размер 4,76 мкм. Основную часть морского и пресноводного планктона представляют золотистые водоросли и диатомовые водоросли с уникальным двустворчатым панцирем из кремнезема.
Фитопланктон представляет собой огромный запас биомассы и служит первым звеном в пищевой цепи морских обитателей.
Ученый-биолог. Одноклеточных водорослей много и в пресной воде средних и северных широт. К ним относятся хламидомонада и хлорелла из отдела зеленых водорослей. Хламидомонада развивается в любой луже, а снежная хламидомонада также на поверхности льда и снега, окрашивая их в красный цвет. Это подвижная микроскопическая клетка рода вольвокс округлой или грушевидной формы. В свежей хлорелле столько же витамина С, сколько в лимоне. А 100 г ее порошка хватит, чтобы удовлетворить суточную потребность организма в разного вида витаминах.
Инженер-технолог. Хламидомонада хоботковая любит грязь и обитает в мелких, часто пересыхающих водоемах, иногда в почве и вызывает цветение воды. Ее используют в очистных сооружениях для биологической очистки бытовых сточных вод.
Эколог. Хлорелла – еще более мелкая водоросль, чем хламидомонада, без сократительных вакуолей и без глазка. В основном все, что сказано о хламидомонаде, относиться полностью и к хлорелле. Кроме очистки стоков ее используют для восстановления, регенерации воздуха космических кораблях и подводных лодках. Благодаря быстрому размножению и неприхотливости хлорелла известна и как источник витаминов и полноценного белка.
Спасибо, дорогие наши учёные за интересную информацию. Просим вас присаживайтесь к ребятам и вместе с ними вы можете выполнить лабораторную работу.
В чём же состоит значение водорослей?
Какова их роль в природе и в жизни человека? (Высказывания учащихся)
Делаем записи в рабочих листах.
IV. Закрепление
Лабораторная работа на тему “Особенности строения одноклеточных водорослей”.
Цель: знакомство с внешним видом одноклеточных водорослей.
Оборудование:микроскоп, инструментарий, аквариум с одноклеточными водорослями, цветные карандаши.
Выполнение работы.
Приготовьте микропрепарат зацветшей воды из аквариума.
Рассмотрите микропрепарат под малым увеличением микроскопа.
Пользуясь рисунками из учебника, найдите в исследуемой капле аквариумной воды одноклеточную водоросль (хламидомонаду или другого представителя).
Фильтровальной бумагой с краю от покровного стекла удалите часть влаги. Рассмотрите строение, отметьте окраску тела. Наблюдайте, как работает пульсирующая вакуоль.
Зарисуйте водоросль и подпишите её части.
Сделайте вывод - что такое водоросли, какова их роль в природе?
Гимнастика для глаз.
Наша экспедиция подходит к завершению.
Давайте подведем итоги.
– Какие общие особенности имеют одноклеточные водоросли? (Состоят из одной клетки, есть специальные органоиды для питания, движения)
– Какие органоиды обеспечивают питание? (Хроматофор)
– С помощью какого органоида осуществляется выделение? (С помощью сократительных вакуолей)
– Какие органоиды движения существуют у одноклеточных водорослей? (Жгутики)
– Почему всего лишь одну клетку называют организмом? (Потому что она выполняет все функции организма: дышит, питается, растет, размножается, двигается)
Достигла ли наша экспедиция своей цели? (Да)
Итак, экспедиция успешно завершилась. Настало время проверить ваши знания. Для этого выполним тестовое задание. Возьмите листочки с заданиями: выберите буквы, соответствующие правильным ответам под номерами вопросов.
Завершаем выполнение теста и проверяем свои работы.
Поднимите руки те, кто выполнил задание без ошибок, с одной ошибкой, с двумя.
Все, кто выполнил задание правильно – молодцы, а те, кто допустил ошибки, могут дома еще раз поработать с информационным листом и найти правильные ответы.
V. Домашнее задание
Всем: изучить § 37, устно ответить на вопросы после §.
Любознательным: найти дополнительную информацию о водорослях и подготовить сообщения.
VI. Рефлексия
Ответьте на вопросы:
– Что нового вы узнали на уроке?
– Что вас удивило?
– Что еще захотелось узнать?
Приложение 1 (Методы и средства обучения)
Зеленые водоросли - самый обширный из всех отделов водорослей, насчитывающий по разным оценкам от 4 до 13 - 20 тысяч видов. Все они имеют зеленый цвет слоевищ, что обусловлено преобладанием в хлоропластах хлорофилла a и b над другими пигментами. Клетки некоторых представителей зеленых водорослей (Хламидомонас, Трентеполия, Гематококкус ) окрашены в красный или оранжевый цвета, что связано с накоплением вне хлоропласта каротиноидных пигментов и их производных.
В морфологическом отношении они отличаются большим разнообразием. Среди зеленых водорослей встречаются одноклеточные, колониальные, многоклеточные и неклеточные представители, активно подвижные и неподвижные, прикрепленные и свободноживущие. Чрезвычайно велик и диапазон их размеров - от нескольких микрометров (что сравнимо по размерам с бактериальными клетками) до 1–2 метров.
Клетки одноядерные или многоядерные, с одним или несколькими хроматофорами, содержащими хлорофилл и каротиноиды. Хлоропласты покрыты двумя мембранами и обычно имеют стигму, или глазок, - фильтр, проводящий синий и зеленый свет к фоторецептору. Глазок состоит из нескольких рядов липидных глобул. Тилакоиды - структуры, где локализованы фотосинтетические пигменты - собраны в стопки (ламеллы) по 2–6. В переходной зоне жгутиков есть звездчатое образование. Жгутиков чаще всего два. Основной компонент клеточной стенки – целлюлоза.
У хлорофит встречаются различные типы питания: фототрофное, миксотрофное и гетеротрофное. Запасной полисахарид зеленых водорослей – крахмал – откладывается внутри хлоропласта. Хлорофиты также могут накапливать липиды, которые откладываются в виде капель в строме хлоропласта и в цитоплазме.
Многоклеточные слоевища нитевидные, трубчатые, пластинчатые, кустистые или иного строения и разнообразной формы. Из известных типов организации таллома у зеленых водорослей отсутствует только амебоидный.
Они широко распространены в пресных и морских водах, в почве и в наземных местообитаниях (на почве, скалах, коре деревьев, стенах домов и пр.). В морях распространено около 1/10 от общего количества видов, которые растут обычно в верхних слоях воды до 20 м. Среди них есть планктонные, перифитонные и бентосные формы. Иначе говоря, зеленые водоросли освоили три основных среды обитания живых организмов: воду – землю – воздух.
Зеленые водоросли обладают положительным (движение к источнику света) и отрицательным (движение от яркого источника света) фототаксисом. Кроме интенсивности освещения, на фототаксис влияет температура. Положительным фототаксисом при температуре 160°С обладают зооспоры видов родов Гематококкус, Улотрикс, Ульва , а также отдельные виды десмидиевых водорослей, у которых движение клеток осуществляется за счет выделения слизи через поры в оболочке.
Размножение. Для зеленых водорослей характерно наличие всех известных способов размножения: вегетативное, бесполое и половое.
Вегетативное размножение у одноклеточных форм происходит делением клетки пополам. Колониальные и многоклеточные формы хлорофит размножаются частями тела (слоевища, или таллома).
Бесполое размножение у зеленых водорослей представлено широко. Осуществляется чаще подвижными зооспорами, реже неподвижными апланоспорами и гипноспорами. Клетки, в которых образуются споры (спорангии), в большинстве случаев ничем не отличаются от остальных вегетативных клеток таллома, реже они имеют иную форму и более крупные размеры. Формирующиеся зооспоры могут быть голыми или покрытыми жесткой клеточной стенкой. Количество жгутиков у зооспор варьирует от 2 до 120. Зооспоры разнообразной формы: шаровидные, эллипсоидные или грушевидные, одноядерные, лишенные обособленной оболочки, с 2–4 жгутиками на переднем, более заостренном конце и хлоропластом в расширенном заднем конце. Обычно они имеют пульсирующие вакуоли и стигму. Зооспоры образуются одиночно или, чаще, в числе нескольких из внутреннего содержимого материнской клетки, выходят наружу через образующееся в оболочке круглое или щелевидное отверстие, реже вследствие ее общего ослизнения. В момент выхода из материнской клетки зооспоры иногда окружены тонким слизистым пузыре, в скором времени расплывающимся (род Улотрикс).
У многих видов вместо зооспор или наряду с ними образуются неподвижные споры – апланоспоры. Апланоспоры - споры бесполого размножения, у которых отсутствуют жгутики, но имеются сократительные вакуоли. Апланоспоры рассматривают как клетки, у которых приостановлено дальнейшее развитие в зооспоры. Они также возникают из протопласта клетки в числе одной или нескольких, но не вырабатывают жгутиков, а, приняв шаровидную форму, одеваются собственной оболочкой, в образовании которой оболочка материнской клетки не участвует. Апланоспоры освобождаются вследствие разрыва или ослизнения оболочек материнских клеток и прорастают после некоторого периода покоя. Апланоспоры с очень толстыми оболочками называются гипноспорами. Они обычно принимают на себя функцию покоящейся стадии. У автоспор, которые представляют собой уменьшенные копии неподвижных вегетативных клеток, отсутствуют сократительные вакуоли. Образование автоспор коррелирует с завоеванием наземных условий, в которых вода не может всегда присутствовать в достаточном количестве.
Половое размножение осуществляется гаметами, возникающих в неизмененных, слегка измененных или значительно преобразованных клетках – гаметангиях. Подвижные гаметы монадного строения, двужгутиковые. Половой процесс у зеленых водорослей представлен различными формами: гологамия, конъюгация, изогамия, гетерогамия, оогамия. При изогамии гаметы морфологически совершенно подобны друг другу и различия между ними являются чисто физиологическими. Зигота одевается толстой оболочкой, нередко со скульптурными выростами, содержит большое количество запасных веществ и прорастает сразу или после некоторого периода покоя. При прорастании содержимое зиготы у большинства видов делится на четыре части, которые выходят из оболочки и прорастают в новые особи. Значительно реже гаметы развиваются в новый организм без слияния, сами по себе, без образования зиготы. Такое размножение называется партеногенезом , а споры, образующиеся из отдельных гамет, – партеноспорами .
При гетерогамии обе гаметы различаются между собой по величине и иногда по форме. Более крупные гаметы, часто менее подвижные, принято считать женскими, меньшие по величине и более подвижные – мужскими. В одних случаях различия эти невелики, и тогда говорят просто о гетерогамии, в других весьма значительны.
Если женская гамета неподвижна и напоминает больше яйцеклетку, то подвижная мужская становится сперматозоидом, а половой процесс получает название оогамии. Гаметангии, в которых возникают яйцеклетки, называются оогониями, от вегетативных клеток они отличаются как по форме, так и по величине. Гаметангии, в которых образуются сперматозоиды, называются антеридиями . Зигота, получившаяся в результате оплодотворения яйцеклетки сперматозоидом, формирует толстую оболочку и называется ооспорой .
При типичной оогамии яйцеклетки крупные, неподвижные и развиваются чаще всего по одной в оогонии, сперматозоиды мелкие, подвижные, образуются в антеридии в большом количестве. Оогонии и антеридии могут развиваться на одной особи, в этом случае водоросли однодомные; если они развиваются на разных особях – двудомные. Оплодотворенная яйцеклетка одевается толстой бурой оболочкой; нередко соседние с ней клетки дают короткие веточки, которые обрастают ооспору, оплетая ее однослойной корой.
Жизненные циклы . У большинства представителей зеленых водорослей жизненный цикл гаплобионтный с зиготической редукцией. У таких видов диплоидной стадией является только зигота – клетка, получающаяся в результате оплодотворения яйцеклетки сперматозоидом. Другой тип жизненного цикла – гаплодиплобионтный со спорической редукцией – встречается у Ульвовых, Кладофоровых и некоторых Трентеполиевых. Для этих водорослей характерно чередование диплоидного спорофита и гаплоидного гаметофита. Гаплодиплобионтный жизненный цикл с соматической редукцией известен только у Празиолы . Наличие диплобионтного жизненного цикла у Бриопсидовых и Дазикладиевых подвергается сомнению.
У некоторых Улотриксовых одна и та же особь может давать начало как зооспорам, так и гаметам. В других случаях зооспоры и гаметы образуются на разных особях, т.е. жизненный цикл водорослей включает в себя как половую (гаметофит), так и бесполую (спорофит) форму развития. Спорофит обычно диплоидный, т.е. имеет в клетках двойной набор хромосом, гаметофит гаплоидный, т.е. имеет одинарный набор хромосом. Это наблюдается в тех случаях, когда мейоз происходит при образовании спор (спорическая редукция) и часть жизненного цикла водоросли от зиготы до образования спор проходит в диплофазе, а часть от споры до образования гамет в гаплофазе. Такой цикл развития характерен для видов рода Ульва.
В пределах Улотриксовых водорослей широко распространена зиготическая редукция, когда мейоз происходит при прорастании зиготы. Диплоидной в этом случае оказывается только зигота, весь остальной жизненный цикл протекает в гаплофазе. Значительно реже встречается гаметическая редукция, когда мейоз происходит при образовании гамет. В этом случае гаплоидными являются только гаметы, а весь остальной цикл диплоидный.
Систематика
До сих пор отсутствует единая устоявшаяся система зеленых водорослей, особенно в отношении группировки порядков в различные предлагаемые классы. Очень долго типу дифференциации таллома придавали основное значение при выделении порядков у зеленых водорослей. Однако в последнее время в связи с накоплением данных об ультраструктурных особенностях жгутиковых клеток, типе митоза и цитокинеза и др. очевидна гетерогенность многих таких порядков.
Отдел включает 5 классов: Ульвофициевые– Ulvophyceae, Брипсодовые – Bryopsidophyceae, Хлорофициевые – Chlorophyceae , Требуксиевые –Trebouxiophyceae , Празиновые – Prasinophyceae .
Класс Ульвофициевые – Ulvophyceae
Известно около 1 тысячи видов. Название класса происходит от типового рода Ulva . Включает виды с нитчатым и пластинчатым талломом. Жизненные циклы разнообразны. Виды преимущественно морские, реже пресноводные и наземные. Некоторые входят в состав лишайников. У морских представителей в клеточных стенках может откладываться известь.
Порядок Улотриксовые – Ulotrichales .
Род Улотрикс (рис. 54). Виды Улотрикса обитают чаще в пресных, реже в морских, солоноватых водоемах и в почве. Они прикрепляются к подводным предметам, формируя ярко-зеленые кустики размером до 10 см и более. Неразветвленные нити Улотрикса , состоящие из одного ряда цилиндрических клеток с толстыми целлюлозными оболочками, прикрепляются к субстрату бесцветной конической базальной клеткой, выполняющей функции ризоида. Характерным является строение хроматофора, который имеет вид постенной пластинки, образующей незамкнутый поясок или кольцо (цилиндр).
Рис. 54. Улотрик c (по:): 1 – нитчатый таллом, 2 – зооспора, 3 – гамета, 4 – копуляция гамет
Бесполое размножение Улотрикса осуществляется 2 следующими способами: распадением нити на короткие участки, развивающиеся в новую нить, или образованием в клетках четырехжгутиковых зооспор. Зооспоры выходят из материнской клетки, сбрасывают один за другим жгутики, прикрепляются боком к субстрату, покрываются тонкой целлюлозной оболочкой и прорастают в новую нить. Половой процесс изогамный. После оплодотворения зигота вначале плавает, затем оседает на дно, теряет жгутики, вырабатывает плотную оболочку и слизистую ножку, которой прикрепляется к субстрату. Это покоящийся спорофит. После периода покоя происходит редукционное деление ядра и зигота прорастает зооспорами. Так в жизненном цикле Улотрикса происходит чередование поколений, или смена половой и бесполой форм развития: нитчатый многоклеточный гаметофит (поколение, формирующее гаметы) сменяется одноклеточным спорофитом – поколением, которое представлено своеобразной зиготой на ножке и способно образовывать споры.
Порядок Ульвовые - Ulvales . Имеют пластинчатое, мешковидное, трубчатое или, редко, нитчатое слоевище всевозможных оттенков зеленого цвета. По краю пластины могут быть волнистыми либо складчатыми, для прикрепления к субстрату снабжены короткой ножкой или основанием с небольшим базальным диском. Морские и пресноводные виды. Наиболее распространены в прибрежных водах дальневосточных морей виды родов Ульва, Монострома, Корнманния и Ульвария.
Род Ульва (рис. 55). Таллом представляет собой светло-зеленую или ярко-зеленую, тонкую двуслойную, нередко перфорированную пластину либо однослойную полую трубку, прикрепленную к субстрату суженным в короткий черешок основанием.
Рис. 55. Ульва : А – внешний вид Ульвы окончатой , Б – поперечный срез таллома, В – внешний вид Ульвы кишечницы
Смена форм развития в жизненном цикле Ульвы сводится к изоморфной, когда бесполая стадия (спорофит) и половая стадия (гаметофит) морфологически подобны друг другу, и гетероморфной, когда они морфологически различны. Гаметофит многоклеточный, пластинчатый, спорофит одноклеточный. На гаметофитах образуются двужгутиковые гаметы, на спорофитах - четырехжгутиковые зооспоры.
Виды рода встречаются в морях всех климатических зон, хотя предпочитает теплые воды. Например, на мелководье Черного и Японского морей Ульва - один из самых массовых родов водорослей. Многие виды Ульвы выносят опреснение воды; их часто можно встретить в устьях рек.
Класс Бриопсидовые –Bryopsidophyceae
Известно около 500 видов. Слоевище неклеточное. Образовано простыми или переплетенными сифонными нитями, образующими сложные структуры. Таллом в виде пузырей, кустиков, губчатых, дихотомически разветвленных кустов. Слоевище сегментированное, имитирующее многоклеточное, из нескольких или многих ядерных клеток. Нити и кустики всех оттенков зеленого или буроватого цвета.
Порядок Бриопсидовые – Bryopsidales
Большинство видов встречается в пресных и солоноватых водоемах. Некоторые из них растут на почве, на камнях, песке и иногда на солончаках.
Род Бриопсис – нитевидные кустики до 6-8 см высоты, перисто или неправильно разветвленные, верхние веточки с перетяжками у основания. Слоевище сифонного неклеточного строения. Растет единичными кустиками или небольшими куртинами в в прибрежной зоне, обитает в теплых и умеренных морях (приложение, 7Б).
Род Кодиум – шнуровидные дихотомически разветвленные кустики 10–20 см высоты, губчатые. мягкие, прикрепляются дисковидной подошвой. Внутренняя часть слоевища образована сложно переплетенными сифонными нитями. Растет на мягких и твердых грунтах в сублиторальной зоне до глубины 20 м одиночными растениями или небольшими группами (приложение, 7А, Б).
Род Каулерпа включает около 60 видов морских водорослей, ползучие, распростертые на грунте части слоевища которых имеют вид ветвящихся цилиндров, достигающих в длину нескольких десятков сантиметров. Через определенные интервалы вниз от них отходят обильно ветвящиеся ризоиды, закрепляющие растение в грунте, а вверх – плоские листообразные вертикальные побеги, в которых сосредоточены хлоропласты.
Рис. 56. Каулерпа: А – внешний вид таллома; Б – срез таллома с целлюлозными балками
Таллом каулерпы, несмотря на свои крупные размеры, не имеет клеточного строения – в нем полностью отсутствуют поперечные перегородки, и формально он представляет собой одну гигантскую клетку (рис.56). Такое строение таллома называют сифонным . Внутри таллома каулерпы располагается центральная вакуоль, окруженная слоем цитоплазмы, содержащей многочисленные ядра и хлоропласты. Различные части таллома растут у своих верхушек, где скапливается цитоплазма. Центральную полость во всех частях таллома пересекают цилиндрические скелетные тяжи – целлюлозные балки, придающие телу водоросли механическую прочность.
Каулерпа легко размножается вегетативно: при отмирании более старых частей таллома отдельные участки его с вертикальными побегами становятся независимыми растениями. Виды этого рода обитают главным образом в тропических морях, и лишь немногие заходят в субтропические широты, например, распространенная в Средиземном море Каулерпа прорастающая . Эта водоросль предпочитает мелководье со спокойной водой, например, лагуны, защищенные от действия постоянного прибоя коралловыми рифами, и поселяется как на различных твердых субстратах – камнях, рифах, скалах, на песчаном и илистом грунте.
Класс Хлорофициевые –Chlorophyceae
Известно около 2,5 тысяч видов. Слоевище одноклеточное или колониальное моннадное, свободно живущее.
Порядок Вольвоксовые - Volvocales .
Род Хламидомонада (рис. 57)включает свыше 500 видов одноклеточных водорослей, которые обитают в пресных, мелких, хорошо прогреваемых и загрязненных водоемах: прудах, лужах, канавах и т.п. При их массовом размножении вода приобретает зеленую окраску. Хламидомонада также обитает на почве и на снегу. Ее тело имеет овальную, грушевидную или шаровидную форму. Клетка одета плотной оболочкой, нередко отстающей от протопласта, с двумя одинаковыми жгутиками на переднем конце; с их помощью хламидомонада активно передвигается в воде. Протопласт содержит 1 ядро, чашевидный хроматофор, стигму и пульсирующие вакуоли.
Рис. 57. Строение и развитие Хламидомонады: А – вегетативная особь; Б – пальмеллевидная стадия; В – размножение (молодые особи внутри материнской клетки)
Хламидомонады размножаются преимущественно бесполым путем. При подсыхании водоема они размножаются делением клетки пополам. Клетки останавливаются, теряют жгутики, стенки их клеток ослизняются, и в таком неподвижном состоянии клетки переходят к делению. Стенки образующихся при этом дочерних клеток также ослизняются, так что в итоге образуется система вложенных друг в друга слизистых обверток, в которых группами располагаются неподвижные клетки. Это - пальмеллевидное состояние водоросли. При попадании в воду клетки снова образуют жгутики, покидают материнскую клетку в виде зооспор и переходят к одиночному монадному состоянию.
В благоприятных условиях хламидомонада интенсивно размножается другим путем – клетка останавливается, и ее протопласт, несколько отстав от стенки, последовательно делится продольно на две, четыре или восемь частей. Эти дочерние клетки образуют жгутики и выходят наружу в виде зооспор, которые вскоре снова приступают к размножению.
Половой процесс у хламидомонады изогамный или оогамный. Гаметы меньших размеров образуются внутри материнской клетки так же, как и зооспоры, но в большем количестве (16, 32 или 64). Оплодотворение происходит в воде. Оплодотворенная яйцеклетка покрывается многослойной оболочкой и оседает на дно водоема. После периода покоя зигота делится мейотически с образованием 4 гаплоидных дочерних особей хламидомонады.
Род Вольвокс – наиболее высокоорганизованные представители порядка, образуют гигантские колонии, состоящие из сотен и тысяч клеток. Колонии имеют вид слизистых, диаметром до 2 мм, шариков, в периферическом слое которых расположено до 50 тыс. клеток со жгутиками, сросшихся своими боковыми ослизненными стенками друг с другом и соединенных плазмодесмами (рис. 58). Внутренняя полость
Рис. 58. Внешний вид колоний Вольвокса
шара заполнена жидкой слизью. В колонии существует специализация клеток: периферическую ее часть составляют вегетативные клетки, а между ними разбросаны более крупные – репродуктивные.
Около десятка из клеток колонии – это гонидии, клетки бесполого размножения. В результате многократных делений они дают начало молодым, дочерним колониям, которые выпадают внутрь материнского шара и освобождаются лишь после его разрушения. Половой процесс – оогамия. Оогонии и антеридии возникают также из репродуктивных клеток. Колонии однодомные и двудомные. Виды рода встречаются в прудах и старицах рек, где в период интенсивного размножения вызывают «цветение» воды.
Класс Требуксиевые – Trebouxiophyceae
Класс назван по типовому роду Trebouxia . Включает в основном одноклеточные коккоидные формы. Встречаются сарциноидные и нитчатые представители. Пресноводные и наземные, реже морские формы, многие формируют симбиозы. Около 170 видов.
Порядок Хлорелловые - Chlorellales . Объединяет коккоидных автоспоровых представителей.
Род Хлорелла – одноклеточные водоросли в виде неподвижного шарика. Клетка одета гладкой оболочкой; содержит одно ядро и пристенный, цельный, рассеченный или лопастной хроматофор с пиреноидом. Клеточная стенка ряда видов наряду с целлюлозой содержит спорополленин – чрезвычайно устойчивое к действию различных ферментов вещество, встречающееся также в пыльцевых зернах и спорах высших растений. Размножается хлорелла бесполым путем, образуя до 64 неподвижных автоспор. Полового размножения нет. Хлорелла распространена в различных водоемах, встречается на сырой почве, коре деревьев, входит в состав лишайников.
Порядок Требуксиевые - Trebouxiales . Включает роды и виды, входящие в состав лишайников.
Род Требуксия – одноклеточная водоросль. Сферические клетки имеют единственный осевой звездчатый хлоропласт с одним пиреноидом. Бесполое размножение осуществляется голыми зооспорами. Встречается или в свободноживущем виде в наземных местообитаниях (на коре деревьев), или как фотобионт лишайников.
Класс Празиновые – Prasinophyceae
Название класса происходит от греч. prasinos – зеленый. Жгутиковые или, реже, коккоидные или пальмеллоидные одноклеточные организмы.
Порядок Пирамимонадовые - Pyramimonadales . Клетки несут 4 или больше жгутиков, три слоя чешуек. Митоз открытый, с веретеном, сохраняющимся в телофазе, цитокинез идет за счет образования борозды деления.
Род Пирамимонас – одноклеточные организмы (рис. 59). От переднего конца клетки отходит 4–16 жгутиков, которые могут быть в пять раз длиннее клетки. Хлоропласт обычно единственный, с одним пиреноидом и одним или больше глазками. Клетки и жгутики покрыты несколькими слоями чешуек. Широко распространены в пресных, солоноватых и морских водах. Встречаются в планктоне и бентосе, могут вызывать "цветение" воды.
Рис. 59. Внешний вид водоросли Пирамимонас
Порядок Хлородендровые – Chlorodendrales . Клетки сжатые, с четырьмя жгутиками, покрыты текой, митоз закрытый, цитокинез идет за счет образования борозды деления.
Род Тетраселмис может встречаться в виде подвижных четырехжгутиковых клеток или в виде неподвижных клеток, прикрепленных слизистыми ножками. Клетки покрыты текой. При делении клеток новая тека формируется вокруг каждой дочерней клетки внутри теки материнской. На переднем конце клетки через отверстие в теке выходят жгутики, которые покрыты волосками и чешуйками. Хлоропласт один, с базальным пиренодом. Клетки обычно зеленого цвета, но иногда приобретают красную окраску, что связано с накоплением каротиноидов. Морские представители, могут обитать в морских плоских червях.
Экология и значение
Зеленые водоросли широко распространены по всему миру. Большинство из них можно встретить в пресных водоемах, но немало солоноватоводных и морских форм. Нитчатые зеленые водоросли, прикрепленные или неприкрепленные, наряду с диатомовыми и синезелеными являются преобладающими бентосными водорослями континентальных водоемов. Они встречаются в водоемах различной трофности (от дистрофных до эвтрофных) и с различным содержанием органических веществ (от ксено- до полисапробных), водородных ионов (от щелочных до кислых), при различных температурах (термо-, мезо- и криофилы).
Среди зеленых водорослей имеются планктонные, перифитонные и бентосные формы. В группе морского пикопланктона празиновая водоросль Остреококкус считается самой маленькой эукариотной свободноживущей клеткой. Есть виды зеленых водорослей, которые приспособились к жизни в почве и наземных местообитаниях. Их можно встретить на коре деревьев, скалах, различных постройках, на поверхности почв и в толще воздуха. В этих местообитаниях особенно распространены представители родов Трентеполия и Требуксия . Зеленые водоросли вегетируют в горячих источниках при температуре 35–52°С, а в отдельных случаях до 84°С и выше, нередко при повышенном содержании минеральных солей или органических веществ (сильно загрязненные горячие сточные воды заводов, фабрик, электростанций или атомных станций). Они также преобладают среди криофильных видов водорослей. Они могут вызывать зеленое, желтое, голубое, красное, коричневое, бурое или черное «цветение» снега или льда. Эти водоросли находятся в поверхностных слоях снега или льда и интенсивно размножаются в талой воде при температуре около 0 °С. Лишь немногие виды имеют стадии покоя, тогда как большинство лишены каких-либо специальных морфологических приспособлений к низким температурам.
В пересоленных водоемах преобладают одноклеточные подвижные зеленые водоросли – гипергалобы, клетки которых лишены оболочки и окружены лишь плазмалеммой. Эти водоросли отличаются повышенным содержанием хлористого натрия в протоплазме, высоким внутриклеточным осмотическим давлением, накоплением в клетках каротиноидов и глицерина, большой лабильностью ферментных систем и обменных процессов. В соленых водоемах они нередко развиваются в массовом количестве, вызывая красное или зеленое «цветение» соленых водоемов.
Микроскопические одноклеточные, колониальные и нитчатые формы зеленых водорослей приспособились к неблагоприятным условиям существования в воздушной среде. В зависимости от степени увлажнения их подразделяют на 2 группы: воздушные водоросли, обитающие в условиях только атмосферного увлажнения, и, следовательно, испытывающие постоянную смену влажности и высыхания; водновоздушные водоросли, подвергающиеся действию постоянного орошения водой (под брызгами водопада, прибоя и т. д.). Условия существования водорослей аэрофильных сообществ очень своеобразны и характеризуются, прежде всего, частой и резкой сменой двух факторов - влажности и температуры.
Сотни видов зеленых водорослей обитают в почвенном слое. Почва как биотоп имеет сходство и с водными и с воздушными местообитаниями: в ней есть воздух, но насыщенный водяными парами, что обеспечивает дыхание атмосферным воздухом без угрозы высыхания. Интенсивное развитие водорослей как фототрофных организмов возможно только в пределах проникновения света. В целинных почвах это поверхностный слой почвы толщиной до 1 см, в обрабатываемых почвах он немного толще. Однако в толще почвы, куда не проникает свет, жизнеспособные водоросли обнаруживаются на глубине до 2 м в целинных почвах и до 3 м – в пахотных. Это объясняется способностью некоторых водорослей переходить в темноте к гетеротрофному питанию. Многие водоросли сохраняются в почве в покоящемся состоянии.
Для поддержания своей жизнедеятельности почвенные водоросли имеют некоторые морфологические и физиологические особенности. Это относительно мелкие размеры почвенных видов, а также способность к обильному образованию слизи – слизистых колоний, чехлов и обверток. Благодаря наличию слизи, водоросли быстро поглощают воду при увлажнении и запасают ее, замедляя высыхание. Характерной чертой почвенных водорослей является «эфемерность» их вегетации – способность быстро переходить из состояния покоя к активной жизнедеятельности и наоборот. Они также способны переносить разные колебания температуры почвы. Диапазон выживаемости ряда видов лежит в пределах от -200 до +84 °С и выше. Наземные водоросли составляют важную часть растительности Антарктиды. Они окрашены почти в черный цвет, поэтому температура их тела оказывается выше температуры окружающей среды. Почвенные водоросли являются также важными компонентами биоценозов аридной (засушливой) зоны, где почва в летнее время нагревается до 60–80°С. Защитой от избыточной инсоляции служат темные слизистые чехлы вокруг клеток.
Своеобразную группу представляют эндолитофильные водоросли, связанные с известковым субстратом. Во-первых, это – сверлящие водоросли. Например, водоросли из рода Гомонтия сверлят раковины перловиц и беззубок, внедряются в известковый субстрат в пресных водоемах. Они делают известковый субстрат рыхлым, легко поддающимся различным воздействиям химических и физических факторов. Во-вторых, ряд водорослей в пресных и морских водоемах способны переводить растворенные в воде соли кальция в нерастворимые и отлагающие их на своих талломах. Ряд тропических зеленых водорослей, в частности Галимеда , откладывает в талломе карбонат кальция. Они принимают активное участие в постройке рифов. Гигантские залежи останков Галимеды , иногда достигающие 50 м в высоту, встречаются в континентальных шельфовых водах, связанных с Большим Барьерным Рифом в Австралии и других регионах, на глубине от 12 до 100 м.
Зеленые требуксиевые водоросли, вступая в симбиотические отношения с грибами, входят в состав лишайников. Около 85% лишайников содержат в качестве фотобионта одноклеточные и нитчатые зеленые водоросли, 10% - цианобактерии и 4% (и более) содержат одновременно синезеленые и зеленые водоросли. В качестве эндосимбионтов они существуют в клетках простейших, криптофитовых водорослей, гидр, губок и некоторых плоских червей. Даже хлоропласты отдельных сифоновых водорослей, например Кодиума , становятся симбионтами для голожаберных моллюсков. Эти животные питаются водорослями, хлоропласты которых остаются жизнеспособными в клетках дыхательной полости, причем на свету они очень эффективно фотосинтезируют. Ряд зеленых водорослей развивается на шерсти млекопитающих. Эндосимбионты, претерпевая морфологические изменения по сравнению со свободноживущими представителями, не теряют способности фотосинтезировать и размножаться внутри клеток хозяина.
Хозяйственное значение . Повсеместное распространение зеленых водорослей определяет их огромное значение в биосфере и хозяйственной деятельности человека. Благодаря способности к фотосинтезу они являются основными продуцентами громадного количества органических веществ в водоемах , которые широко используются животными и человеком. Поглощая из воды углекислый газ, зеленые водоросли насыщают ее кислородом, необходимым всем живым организмам. Велика их роль в биологическом круговороте веществ. Быстрое размножение и очень высокая скорость ассимиляции (примерно в 3-5 раз выше, чем у наземных растений) приводят к тому, что за сутки масса водоросли увеличивается более чем в 10 раз. При этом в клетках хлореллы накапливаются углеводы (в селекционных штаммах их содержание достигает 60%), липиды (до 85%), витамины B, С и К. Белок хлореллы, на долю которого может приходиться до 50% сухой массы клетки, содержит все незаменимые аминокислоты. Уникальная способность видов Хлореллы ассимилировать от 10 до 18% световой энергии (против 1–2% у наземных растений) позволяет использовать эту зеленую водоросль для регенерации воздуха в замкнутых биологических системах жизнеобеспечения человека при длительных космических полетах и подводном плавании.
Ряд видов зеленых водорослей используют как индикаторные организмы в системе мониторинга водных экосистем. Наряду с фототрофным способом питания многие одноклеточные зеленые водоросли (хламидомонады) способны всасывать через оболочку растворенные в воде органические вещества, что способствует активному очищению загрязненных вод, в которых развиваются эти виды. Поэтому их применяют для очистки и доочистки загрязненных вод, а также как корм в рыбохозяйственных водоемах.
Некоторые виды зеленых водорослей используются населением ряда стран в пищу . Для пищевых целей, например, в Японии специально культивируют виды рода Ульва . Эти водоросли широко используют, особенно в странах Юго-Восточной Азии, под названием Морского салата. Ульвовые по содержанию белка (до 20%) заметно превосходят другие виды водорослей. Отдельные виды зеленых водорослей используют в качестве продуцентов физиологически активных веществ. Зеленые водоросли - хороший модельный объект для разнообразных биологических исследований. Виды Гематококкуса культивируют для получения астаксантина, Ботриококкус - для получения липидов. В то же время с «цветением» воды одного из озер на Тайване, вызванного Ботриококкусом, связывают гибель рыб.
Виды родов Хлорелла и Хламидомонас - модельные объекты для изучения фотосинтеза в растительных клетках. Хлорелла , благодаря очень высоким темпам размножения, является объектом массового культивирования для использования в различных областях
Поверхностные пленки зеленых водорослей имеют большое противоэрозионное значение . Скрепляющее значение имеют некоторые одноклеточные виды зеленых водорослей, выделяющие обильную слизь. Слизистые вещества клеточных оболочек склеивают частицы почвы. Развитие водорослей влияет на структурирование мелкозема, придавая ему водостойкость и препятствуя выносу с поверхностного слоя. Влажность почвы под водорослевыми пленками обычно выше, чем там, где они отсутствуют. Кроме того, пленки уменьшают водопроницаемость почвы и замедляют испарение воды, что оказывает влияние и на солевой режим почвы. Уменьшается вымывание из почвы легкорастворимых солей; их содержание под макроразрастаниями водорослей выше, чем на других участках. В то же время замедляется поступление солей из глубоких слоев почвы.
Почвенные водоросли оказывают влияние и на рост и развитие высших растений. Выделяя физиологически активные вещества, они ускоряют рост проростков, особенно их корней.
Среди зеленых водорослей, обитающих в загрязненных водоемах, доминируют обычно хлорококковые, устойчивые к длительному воздействию многих токсических веществ.
Клетки водорослей способны аккумулировать из воды различные химические элементы, причем коэффициенты их накопления достаточно высоки. Мощными концентраторами являются пресноводные зеленые водоросли, особенно нитчатые. При этом интенсивность накопления в них металлов гораздо выше, чем в других пресноводных гидробионтах. Немалый интерес представляет способность водорослей концентрировать в себе радиоактивные элементы. Отмершие клетки водорослей удерживают накопленные элементы не менее прочно, чем живые, а в некоторых случаях десорбция из мертвых клеток меньше, чем из живых. Способность ряда родов (Хлорелла, Сценедесмус и др.) концентрировать и прочно удерживать в своих клетках химические элементы и радионуклиды позволяет использовать их в специализированных системах очистки для дезактивации промышленных сточных вод, например для дополнительной очистки слабоактивных сточных вод АЭС.
Некоторые зеленые водоросли являются антагонистами вируса гриппа, полиовируса и др. Выделяемые водорослями биологически активные вещества играют важную роль в обеззараживании воды и подавлении жизнедеятельности патогенной микрофлоры.
В специальных биологических прудах сообщества водорослей и бактерий используют для разложения и детоксикации гербицидов . Доказана способность ряда зеленых водорослей гидролизовать гербицид пропанил, который быстрее разрушается бактериями.
Контрольные вопросы
Назовите характерные черты строения клетки зеленых водорослей.
Какие пигменты и типы питания известны у зеленых водорослей?
Как размножаются зеленые водоросли? Что такое зооспоры, апланоспоры, автоспоры?
Какие классы выделяют у зеленых водорослей?
Назовите характерные особенности зеленых водорослей класса Ульвофициевые.
Назовите характерные особенности зеленых водорослей класса Бриопсидовые.
Назовите характерные особенности зеленых водорослей класса Хлорофициевые.
Назовите характерные особенности зеленых водорослей класса Требуксиевые.
Назовите характерные особенности зеленых водорослей класса Празиновые.
В каких местообитаниях встречаются зеленые водоросли? Охарактеризуйте их основные экологические группы.
Роль и значение зеленых водорослей в природе.
Каково хозяйственное значение зеленых водорослей?
Что такое «цветение воды»? Участие зеленых водорослей в биологической очистке вод.
Зеленые водоросли как нетрадиционные источники энергии.