Высшие водоросли

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

КРЕМЕНЧУЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ МИХАЙЛА

ОСТРОГРАДСЬКОГО

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

НА ТЕМУ: «ВЫСШИЕ ВОДОРОСЛИ»

 

 

 

 

Выполнила студентка

Группы ЕО-12-1

Чернышенко Е.А.

Проверила

Пасенко А.В.

 

 

 

 

 

КРЕМЕНЧУГ 2013

ВСТУПЛЕНИЕ

Водоросли (Algae) – обширная и неоднородная группа низших растений. Водоросли – самые многочисленные и одни из самых важных для планеты фотосинтезирующих организмов. Они встречаются повсюду: в морях и океанах, в пресных водоёмах, на влажной почве и на коре деревьев.

Ограничивающее определение растений выделило две группы, которые ранее входили в это понятие: сине-зеленые водоросли (прокариоты царства Мопега) и растениеподобные флагелляты царства Protista. Обе эти группы часто относят к низшим водорослям, в то время как термин "высшие водоросли" относится к зеленым, красным и бурым водорослям, большинство которых является многоклеточными.

Вдоросли — главные производители органических вещества в водной среде. Около 80% всех органических веществ, ежегодно создающихся на земле, приходится на долю водорослей и других водных растений. Водоросли прямо или косвенно служат источником пищи для всех водных животных. Известны горные породы (диатомиты, горючие сланцы, часть известняков), возникшие в результате жизнедеятельности водорослей в прошлые геологические эпохи. Водоросли участвуют в образовании лечебных грязей. Некоторые, в основном морские, употребляются в пищу (морская капуста, порфира , ульва). В приморских районах водоросли идут на корм скоту и удобрение . В ряде стран водоросли культивируют для получения большого количества биомассы, идущей на корм скоту и используемой в пищевой промышленности . Многие водоросли — важный компонент процесса биологической очистки сточных вод.

Разнообразие водорослей:

Видовое разнообразие водорослей оценивается примерно в 50 тысяч видов. Высшими систематическими категориями у водорослей являются отделы.

 

 

 

Отдел Красные водоросли, или Багрянки

 Красные водоросли, багрянки (Rhodophyta), отдел (тип) водорослей. Одноклеточные и многоклеточные формы. Характеризуются содержанием в хроматофорах (помимо хлорофилла а, каротина и ксантофилла) хлорофилла d, R-фикоэритрина (красный пигмент) и R-фикоциана (сине-зелёный); отсутствием подвижных жгутиковых стадий (зооспор, сперматозоидов); своеобразием полового процесса. Слоевища красных водорослей нитевидные , кустистые, пластинчатые, у некоторых расчленены на стебли и листообразные органы; у ряда красных водорослей слоевища твёрдые в связи с отложением в них кальция (лиготамний и др.). Окраска красных водорослей варьирует от тёмно-красной, почти чёрной, до розовой, желтоватой и иногда сине-стальной. Запасные питательные вещества — т. н. багрянковый крахмал, а также флоридозид и манноглицерат. Красные водоросли  включают 600 родов (3750 видов) и делятся на 2 класса: Bangiophyceae (бангиевые) и Floridophyceae (флоридеи). Бесполое размножение неподвижными спорами, образующимися в спорангиях по 1 (моноспоры) или по 4 (тетраспоры). Половой процесс — оогамия. В мужских половых органах, сперматангиях, образуются неподвижные половые клетки — спермации. Они переносятся водой к женским половым органам — карпогонам. После оплодотворения содержимое карпогона у бангиевых распадается на гаплоидные карпоспоры; у флоридей карпогон даёт нитевидные мнотоклеточные  выросты, на концах которых образуется по 1 карпоспоре, или от карпогона отходят нити, соединяющиеся со специальными крупными (ауксилярными) клетками слоевища, куда переходят ядра (по 1 в каждую), образующиеся при делении оплодотворённого яйца карпогона. Ядра в ауксилярных клетках не сливаются. Эти клетки, в свою очередь, дают нитевидные выросты, несущие карпоспоры.

Красные водоросли обитают преимущественно в морях (часто на большей глубине, чем зелёные и бурые водоросли, что обусловлено присутствием фикоэритрина, способного, по-видимому, использовать для фотосинтеза зелёные и синие лучи, проникающие глубже других в воду), меньше в пресных водах и почве. Ископаемые красные водоросли найдены в отложениях мелового периода. Наибольшее практическое значение имеют анфельция, гелидиум, филлофора, фурцелярия, дающие студнеобразующие вещества —  агар-агар, агароид, карраген. Некоторые красные водоросли, например порфира, употребляются в пищу.

 

Отдел Пирофитовые

 Только одноклеточные  формы, обычно монадные (со жгутиками). Пирофитовые водоросли – миксотрофы: на свету они питаются автотрофно, в темноте – гетеротрофно (поэтому  они часто встречаются в загрязненных  водах). Генетический аппарат пирофитовых  имеет особую (мезокариотическую) организацию: ядро у них есть, но хромосомы  кольцевые, без гистонов. Для Пирофитовых  характерны сложно устроенные  хроматофоры. Содержат хлорофиллы  а и с. Запасной углевод –  крахмал.

Отдел Зеленые водоросли

 

многочисленная группа водорослей, которая характеризуется следующими признаками. Фотосинтезирующие пигменты представлены хлорофиллами а и b. Хлоропласты (хроматофоры) окружены оболочкой из двух мембран; непосредственная связь оболочек хлоропластов и эндоплазматической сети не обнаруживается. Фотосинтезирующие структуры (ламеллы) состоят из 2 и более тилакоидов, образующих граны. Как правило, имеется два одинаковых жгутика (реже жгутиков много, или жгутики отсутствуют). Запасное вещество – крахмал; клеточная оболочка целлюлозная. Имеются все формы полового процесса. Большинство зеленых водорослей – обитатели пресных вод. Для зеленых водорослей лимитирующим фактором является содержание азота, поэтому после связывания этого биогена начинается их отмирание. Отдел делится на три класса:

1. Класс Собственно зеленые  водоросли. Наиболее разнообразная  группа зеленых водорослей (хламидомонада, вольвокс, хлорелла, улотрикс).

2. Класс Конъюгаты, или  Сцеплянки. Нитчатый таллом. Отличаются  отсутствием жгутиковых стадий, половой процесс в виде конъюгации.

3. Класс Харовые. Отличаются  сложно устроенным многоклеточным  талломом. Гаметангии многоклеточные. Диплоидная фаза представлена  только зиготой. Обитатели пресных  вод (реже – солоноватых). Считается, что предки Харовых водорослей  были близки к предкам Высших (наземных) растений; иногда Харовых  рассматривают как особый отдел.

 

Отдел Эвгленовые водоросли

Эти организмы сходны с зелеными водорослями – у тех и других имеются хлорофиллы а и b, как у высших растений. Но есть и существенные различия. Хроматофоры зеленых водорослей имеют двумембранную оболочку, а хроматофоры эвгленовых водорослей – трехмембранную. Клеточная стенка зеленых водорослей – целлюлозная, а эвгленовых водорослей – протеиновая. Запасным углеводом является специфический полимер глюкозы – парамилон. Эвгленовые – одноклеточные организмы, обычно со жгутиками. Половой процесс отсутствует.

 

Отделы: Золотистые, Желто-зеленые, Диатомовые и Бурые водоросли

сходны между собой по следующим признакам: наличие хлорофиллов а и с, наличие хлоропластной эндоплазматической сети, наличие особого запасающего вещества – ламинарина (или хризоламинарина), разножгутиковость (правда, у диатомовых водорослей жгутики имеют только гаметы, да и то не у всех видов).

Бурые водоросли (Phaeophyta)

 Тип споровых растений, включающий 240 родов (1500 видов), из которых 3 — пресноводные, остальные — морские. Слоевища от оливково-зелёного до темно-бурого цвета из-за присутствия в хроматофорах особого бурого пигмента фукоксантина(C40H56O6),маскирующего др. пигменты (хлорофилл а, хлорофилл с, ксантофилл и бета-каротин).Бурыеводоросли разнообразны по форме и размерам (от микроскопических разветвленных нитей до 40-метровых растений). У высших бурых водорослей (например, ламинариевых водорослей) наблюдаются дифференциация тканей и появление проводящих элементов. Для бурых водорослей характерны многоклеточные волоски с базальной зоной роста, отсутствующие у других водорослей. Оболочки клеток содержат целлюлозу и специфические вещества — альгин и фукоидин. Обычно в каждой клетке одно ядро. Хроматофоры большей частью мелкие, дисковидные. У некоторых видов бурых водорослей есть пиреноиды, мало  похожие на пиреноиды др. водорослей. В клетке вокруг ядра скапливаются бесцветные пузырьки с фукозаном, обладающим многими свойствами танина. В качестве запасных продуктов в тканях бурых водорослей накапливаются маннит (многоатомный спирт) и ламинарин (полисахарид), реже масло. Размножаются бурые водоросли половым и бесполым путём, редко вегетативно. Обычно у бурых водорослей имеются спорофит и гаметофит; у высших (ламинариевые, десмарестиевые и др.) они строго чередуются; у циклоспоровых гаметофиты развиваются на спорофитах; у примитивных (эктокарповые, хордариевые, кутлериевые и др.) гаметофит или спорофит может выпадать из цикла развития или появляться раз в несколько поколений. Органы размножения — одногнёздные или многогнёздные спорангии. Многогнёздный спорангий, который чаще функционирует как гаметангий, образуется в виде одной клетки или серии клеток, делящихся перегородками на камеры, содержащие внутри по одной гамете или споре. Мейоз происходит обычно в одногнёздных спорангиях, у диктиотовых — в тетраспорангиях. Половой процесс — изогамия, гетерогамия или оогамия. Грушевидные споры и гаметы обычно с глазком, имеют сбоку по два жгутика, один направлен вперёд, другой — назад. бурые водоросли делятся на 3 класса: Aplanosporophyceae (только диктиотовые), Phaeosporophyceae (гетерогенератные и изогенератные, за исключением диктиотовых) и Cyclosporophyceae (циклоспоровые). бурые водоросли распространены во всех морях, особенно в холодных, где образуют большие заросли. Используются для получения альгиновых кислот и их солей — альгинатов, а также кормовой муки и применяемого в медицине порошка, содержащих йод и другие микроэлементы. Некоторые бурые водоросли используются в пищу.

 

Бурые водоросли: 1 — ламинария; 2 — диктиота; 3 — эктокарпус; 4 — лессония; 5 — нереоцистис; 6 — алярия; 7 — цистозира; 8 — кустики элахисты на стволике другой водоросли; 9 — фукус; 10 — диктиосифон; 11 — саргассум (все, кроме 3 и 8, сильно уменьшены; 3 — вид под микроскопом, увеличено приблизительно в 40 раз).

 

 

Экология и практическое значение водорослей

Водоросли как древнейшие фотоавтотрофные организмы во многом определили современный облик биосферы: первичный свободный кислород на Земле создан водорослями в процессе фотосинтеза, водоросли подготовили условия для создания почвы и заселения суши высшими растениями и животными. В настоящее время водоросли продолжают участвовать в поддержании постоянного состава атмосферы, в первичных почвообразовательных процессах. Водоросли остаются основным поставщиком органического вещества в водоемах.

 

Существует множество экологических групп водорослей. Исходной средой обитания для водорослей является водная. Водоросли составляют основную часть фитопланктона, фитобентоса, перифитона. Фитопланктон – растения, обитающие в толще воды; фитобентос – растения, обитающие на дне водоемов; перифитон (обрастатели) – растения, обитающие на разнообразных субстратах: на других организмах, скальных породах, гидротехнических сооружениях и т.д. Многие виды водорослей заняли переходные среды обитания, однако не утратили полностью связей с водной средой: аэрофиты (обычно населяют зону прибоя – супралитораль), почвенные водоросли, троглобионты (обитатели пещер), криофиты (населяют поверхность льда и снега), симбионты и паразиты.

 

В экосистемах водоросли играют роль продуцентов органического вещества. Валовая первичная продукция всего Мирового океана примерно в 2...3 раза меньше, чем валовая продукция суши. Чистая первичная продукция гидросферы составляет примерно 50% от валовой (в разных экосистемах колеблется от 0 до 90%).

 

Для того, чтобы валовая первичная продуктивность водорослей превышала их затраты на дыхание, необходимо наличие целого ряда факторов: достаточная освещенность, достаточно высокая температура, достаточно высокое содержание неорганических веществ: кислорода, углекислого газа, элементов минерального питания. Однако некоторые факторы являются наиболее главными – ограничивающими, или лимитирующими. Лимитирующими факторами для развития водорослей являются свет и вещества–биогены (фосфаты и нитраты).

 

Лимитирующее действие света в Мировом океане. В вертикальном разрезе по отношению к количеству света водоемы делятся на 3 зоны: эуфотическую, дисфотическую и афотическую. Только в эуфотической зоне (до 40...180 метров) валовая первичная продукция водорослей превышает их затраты на дыхание. В более глубоких слоях воды водоросли могут существовать за счет миксотрофного питания.

 

Лимитирующее действие света в континентальных водоемах. В реках и озерах доступность света определяется прозрачностью воды. Прозрачность воды падает при наличии взвешенных неживых частиц, а также при массовом размножении самих водорослей.

 

Лимитирующее действие биогенов в Мировом океане. Чистая первичная продуктивность водорослей в низких широтах достигает максимума в экосистемах шельфов, эстуариев, коралловых рифов. Эти воды насыщены биогенами: фосфатами и нитратами. Освещенность высокая в течение всего года. В открытом океане в низких широтах валовая первичная продукция водорослей, несмотря на высокую освещенность, очень низкая из-за недостатка биогенов – примерно в 20 раз ниже, чем в районах рифов. В высоких широтах, то есть в холодных субполярных водах обычно биогены имеются в достаточном количестве. Это связано с перемешиванием придонных и поверхностных вод из-за отсутствия температурного градиента, а также с выносом придонных вод на поверхность путем апвеллинга. В условиях полярного лета валовая первичная продукция водорослей очень высокая, а в период полярной зимы водоросли или отмирают, или переходят на гетеротрофное питание.

 

Лимитирующее действие биогенов в континентальных водоемах. В реках и озерах содержание в воде биогенов зависит от минерального состава пород в бассейне и от активности редуцентов. Освещенность зависит от географической широты и от прозрачности воды (в реках и водохранилищах вода обычно мутная). Неглубокие равнинные реки обычно содержат много биогенов, такие воды называются эутрофные. Глубокие озера на кристаллических породах обычно содержат мало биогенов, такие воды называются олиготрофные. Промежуточное положение занимают мезотрофные воды. Активность редуцентов зависит от температуры и содержания кислорода. Поэтому в северных водоемах с отложениями торфа биогены находятся в связанном состоянии – такие воды называются дистрофные. Таким образом, продуктивность водорослей в реках и озерах колеблется в широких пределах, но, в целом, возрастает по мере продвижения к экватору.

 

Эвтрофикация водоемов. При повышении содержания биогенов в воде происходит эвтрофикация водоемов – значительное повышение продуктивности. Существует антропогенная и естественная (неантропогенная) эвтрофикация.

 

Антропогенная эвтрофикация водоемов вызывается: сбросами биогенов (в первую очередь, фосфатов), изменением гидрологического режима (скорость течения воды в водохранилищах замедляется; при падении уровня озер происходит мобилизация биогенов из донных отложений), смывом поверхностного слоя почвы и т.д. Антропогенная эвтрофикация водоемов приводит, как правило, к нарушению биологического равновесия: изменяется альгофлора (видовой состав водорослей), изменяется плотность популяций водорослей. Резко возрастает плотность популяций миксотрофных видов. Плотность популяций зеленых водорослей снижается. В дальнейшем при отмирании этих видов снижается содержание кислорода, повышается содержание сероводорода. Кроме того, ряд водорослей выделяет токсины, прямо убивающие гидробионтов.