Особенности размножения водорослей
Водорослям присуще как половое, так и бесполое размножение, которое может проходить вегетативным путём (отрыв участков слоевища) или с помощью спорообразования. Водоросли образуют два типа спор: подвижные, имеющие жгутики (зооспоры) и неподвижные, безжгутиковые (апланоспоры).
Половое размножение осуществляется в четырёх основных формах.
1. хологамия – сливаются неспециализированные клетки-организмы. Она присуща низкоорганизованным одноклеточным водорослям
2. изогамия – гаметы одинаковые (нет разделения полов)
3. гетерогамия – гаметы морфологически одинаковы, но различаются физиологически или генетически (есть разделение полов)
4. оогамия – гаметы различаются по строению и подвижности: яйцеклетка крупная и неподвижная, а сперматозоиды мелкие и снабжены жгутиком.
Кроме этих четырёх способов полового размножения водорослям присущ половой процесс (но не размножение) в виде конъюгации. При этом происходит слияние двух неспециализированных клеток слоевища. Сначала слоевища водорослей сближаются, затем между клетками двух особей образуется цитоплазматический мостик, по которому содержимое одной клетки перетекает в другую. После слияния ядер образуется диплоидная зигота.
3. Отдел Зеленые водоросли. Особенности строения и размножения.
Отдел Зелёные водоросли – достаточно многочисленная группа водорослей (13.000), обитающих в пресных и солёных водоёмах, редко на почве. В эту группу входят одноклеточные, многоклеточные и колониальные организмы. Для многоклеточных зелёных водорослей наиболее распространённой формой слоевища является нитчатая и пластинчатая.
Зелёные водоросли – это относительно низкоорганизованная и неспециализированная группа водорослей. На основании этого многие учёные считают, что именно зелёные водоросли дали начало высшим наземным растениям.
Особенности строения клетки зелёных водорослей
· клеточная стенка состоит из углеводов, строение которых как у высших растений.
· хроматофоры (1 крупный или несколько мелких) разнообразны по строению (звездчатые, сетчатые, пластинчатые, спиральные), но редко в виде двояковыпуклой линзы
· всегда есть пиреноиды, вокруг которых откладывается крахмал
· в фотосинтезе участвуют хлорофиллы А и В, в качестве дополнительных пигментов выступают каротиноиды (каротины, ксантофиллы)
· в качестве запасного вещества выступает крахмал
Особенности размножения зелёных водорослей
У зелёных водорослей отмечается как бесполое, так и половое размножение, причём половое размножение может отличаться у разных видов. Для большинства видов зелёных водорослей основной фазой в онтогенезе является гаметофит, диплоидной стадией в жизненном цикле является только зигота (примитивная черта организации).
Жизненный цикл зелёных водорослей разберём на примере хламидомонады и спирогиры.
Это одноклеточная подвижная двужгутиковая водоросль с чашевидным хроматофором. Сам организм гаплоидный, в благоприятных условиях он размножается с помощью зооспор. Клетка останавливается, теряет жгутики и несколько раз делится митозом. В результате под оболочкой материнской клетки образуется 4 или 8 гаплоидных двужгутиковых спор. Затем оболочка материнской клетки разрывается, зооспоры выходят в воду и прорастают во взрослое растение.
При наступлении неблагоприятных условий происходит половой процесс в форме хологамии. Две хламидомонады сближаются, теряют жгутики и сливаются с образованием зиготы. Зигота покрывается очень плотной оболочкой и опускается на дно. Зигота будет находиться в стадии покоя до наступления благоприятных условий. Потом она поделится мейозом с образование 4-х гаплоидных клеток, каждая из которых даст начало новому организму. Половой процесс происходит и в случае перенаселения водоёма.
С п и р о г и р а – одна из самых распространённых зелёных нитчатых водорослей в пресноводных бассейнах. Длинные нити слоевищ образуют тину ярко-зелёного цвета, свободно плавающую в воде.
Нити спирогиры состоят из одного ряда одинаковых, вытянутых, цилиндрических клеток, имеющих длину от нескольких миллиметров до 8-10см. Каждая клетка покрыта двухслойной оболочкой, окруженной слизистым чехлом. Хроматофоры (1-3) имеют вид спирально закрученной ленты. Крупное ядро как бы подвешено в центре клетки на тяжах цитоплазмы.
В течение лета спирогира может размножаться неподвижными спорами, или вегетативно – случайным разрывом нити. Из каждого отрезка нити образуются новые нити.
Для спирогиры характерен половой процесс в виде конъюгации. Специальных половых клеток не возникает. Две внешне сходные нити спирогиры сближаются, располагаясь параллельно. В участке соприкосновения образуются выросты, через которые содержимое одной клетки переливается в другую. Ядра сливаются, зигота покрывается плотной оболочкой и опускается на дно водоёма. Через некоторое время зигота прорастает. При этом её диплоидное ядро делится мейотически, образуя 4 гаплоидных ядра. Ядра неодинаковы по размеру: одно – крупное и три мелкие, они вскоре погибают. Из крупного ядра вместе с содержимым зиготы образует проросток новой особи, который дает начало новой нити. Таким образом, жизненный цикл спирогиры проходит в гаплоидной фазе, диплоидна только зигота.
Другими представителями зелёных водорослей являются улотрикс (нитчатая форма) и ульва (пластинчатая форма). Таким образом, отдел зелёные водоросли – это неспециализированная группа водорослей, у которой цитологические и биологические черты весьма сходны с высшими растениями.
4. Отдел Зеленые водоросли. Экология и значение.
Большинство зелёных водорослей пресноводные организмы, обитающие в стоячих или проточных водоёмах с раной степенью чистоты воды. Например, одноклеточные планктонные водоросли хламидомонада и хлорелла обитают в водоёмах, загрязнённых органическими и неорганическими веществами. При их массовом размножение наблюдается цветение воды (вода зелёного цвета и непрозрачна). С другой стороны, нитчатая водоросль спирогира обитает исключительно в чистых проточных водоёмах.
Зелёные водоросли, населяющие морские водоёмы практически не имеют конкурентов в лице высших растений. Обитают на глубине от Х см до 200м.
Морские водоросли могут быть планктонными (одноклеточные водоросли, находящиеся во взвешенном состоянии в толще воды) и бентосными (прикреплены ко дну с помощью ризоидов – ульва).
Водоросли могут обитать и на суше, но только на сильно увлажненной почве. Часто наземные водоросли являются эпифитами, населяют стволы деревьев, здания, скалы (где есть много влаги).
Почвенные водоросли имеют микроскопические размеры, они широко встречаются в почвах большинства климатических зон. Играют большую роль в почвообразовании.
Водоросли снега и льда также микроскопически малы: глазом заметны только их большие скопления. Наибольшую известность с давних времён получило явление «красного снега», обусловленное одним из видов хламидомонады снежной. Красная окраска обусловлена каратиноидами, и является защитой от солнечных лучей (прежде всего УФ).
Значение водорослей
1. мощные продуценты биомассы. В экосистеме Мирового океана составляют основу трофических цепей
2. вносят огромный вклад в обогащение биосферы О2, поддерживают баланс О2/СО2
3. служат пищей простейшим, мелким ракообразным, насекомым и позвоночным.
4. могут утилизировать большое количество минеральных и органических веществ, поступающих в водоёмы. В этот период наблюдается цветение воды – массовое размножение зелёных одноклеточных водорослей в ответ на загрязнение водоёма (изменение продуктивности водных экосистем при увеличении элементов питания, называется эвтрофикацией).
5. широко используются в разных направлениях биотехнологии, т.к. дают большой прирост биомассы.
5. Отдел Бурые водоросли (1500)
Обитатели морей и океанов. Среди них встречаются виды с наиболее крупным талломом, который имеет вид неразветвлённой пластины длиной 10м, хотя иногда встречаются нитчатые формы.
Так как бурые водоросли – крупные организмы, для обеспечения их плавучести на талломе развивается система воздушной пузырей (вздутия у фукуса).
Таллом бурых водорослей полярен: нижний полюс представлен ризоидами, верхний (гораздо больший по размерам) выполняет функции фотосинтеза и размножения.
Наиболее важные для человека виды – ламинария сахаристая и фукус пузырчатый.
Особенности клеточного строения
· в клетках бурых водорослей находятся особые полисахариды – альгиновые кислоты. Альгиновые кислоты и их производные – ортоальгинаты обладают уникальной способностью образовывать гели. Поэтому клеточные стенки способны к ослизлению, что имеет защитное приспособления для обитающих в воде организмов (предохраняет от выщелачивания). Человек использует альгиновые кислоты для получения паст, кремов и современного шовного материала.
· состав пигментов у бурых водорослей уникален. Основными фотосинтетическими пигментами являются хлорофилл А, дополнительными – хлорофилл С, и каротиноиды. Среди них необходимо выделить фукоксантин, который обеспечивает бурую и жёлтую окраску водорослей.
· пластиды небольшие, линзовидные
· запасные вещества у бурых водорослей – это полисахарид ламинарин, спирт маннит и липиды. Причём накапливаются они не в пластидах, а в цитоплазме.
Размножается ламинария вегетативным способом (кусками слоевища), спорообразованием и половым способом.
На слоевище ламинарии в бугорках (спорангиях) формируются двужгутиковые зооспоры. Выплыв из спорангия, споры оседают на дно и прорастают в двудомные заростки (нить размером 1-2см). На одних заростках развиваются мужские половые органы – антеридии, в которых образуются сперматозоиды. На других заростках развиваются женские половые органы – оогонии, в них образуются яйцеклетки. После оплодотворения формируется зигота, которая прорастает в новое растение с диплоидным набором хромосом.
Итак, заростки являются половым поколением (гаметофитом), а собственно растение ламинарии является бесполым поколением (спорофитом). Следовательно, у бурых водорослей выражена смена половой и бесполой фаз развития.
В жизненном цикле преобладает спорофит. Гаметофиты сильно редуцированы и живут недолго. У фукуса гаметофиты вообще отсутствуют, а половые органы – антеридии и архегонии – находятся в особых углубления таллома – скафидиях.
Значение бурых водорослей
В морских экосистемах образуют значительную биомассу и выделяют много О2.
Слоевище ламинарии широко используются в пищу, а в медицине для получения иода (для профилактики заболеваний щитовидки), для лечения атеросклероза, как слабое слабительное. Альгинаты и их производные являются уникальным склеивающим материалом.