Зеленые водоросли под микроскопом. Водоросли

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

Водоросли относят к низшим растениям. Их более 30 тысяч видов. Среди них есть как одноклеточные, так и многоклеточные формы. Некоторые водоросли имеют очень большие размеры (несколько метров в длину).

Название «водоросль» говорит о том, что эти растения обитают в воде (в пресной и морской). Однако водоросли можно встретить во многих влажных местах. Например, в почве и на коре деревьев. Некоторые виды водорослей способны, как и ряд бактерий, обитать на ледниках и в горячих источниках.

Водорослей относят к низшим растениям, так как у них нет настоящих тканей. У одноклеточных водорослей тело состоит из одной клетки, некоторые водоросли образуют колонии клеток. У многоклеточных водорослей тело представлено слоевищем (другое название - таллом ).

Поскольку водоросли относят к растениям, то все они являются автотрофами. Кроме хлорофилла клетки многих водорослей содержат красные, синие, бурые, оранжевые пигменты. Пигменты находятся в хроматофорах , которые имеют мембранную структуру и выглядят как ленты или пластинки и т. п. В хроматофорах нередко откладывается запасное питательное вещество (крахмал).

Размножение водорослей

Водоросли размножаются как бесполым, так и половым путем. Среди типов бесполого размножения преобладает вегетативное . Так, одноклеточные водоросли размножаются делением их клетки надвое. У многоклеточных форм происходит фрагментация слоевища.

Однако бесполое размножение у водорослей может быть не только вегетативным, но и с помощью зооспор , которые образуются в зооспорангиях. Зооспоры представляют собой подвижные клетки с жгутиками. Они способны активно плавать. Через какое то время зооспоры отбрасывают жгутики, покрываются оболочкой и дают начало водоросли.

У ряда водорослей наблюдается половой процесс , или конъюгация. При этом между клетками разных особей происходит обмен ДНК.

При половом размножении у многоклеточных водорослей образуются мужские и женские гаметы. Они образуются в специальных клетках. При этом на одном растении могут образовываться гаметы обоих типов или только одного (только мужские, или только женские. После выхода гаметы сливаются с образованием зиготы. Чаще всего зигота превращается в спору, которая какое-то время находится в стадии покоя, переживая таким образом неблагоприятные условия. Обычно после зимовки споры водорослей дают начало новым растениям.

Одноклеточные водоросли

Хламидомонада

Хламидомонада обитает в загрязненных органикой мелких водоемах, лужах. Хламидомонада является одноклеточной водорослью. Ее клетка имеет овальную форму, но один из концов слегка заострен и на нем находится пара жгутиков. Жгутики позволяют достаточно быстро передвигаться в воде ввинчиванием.

Название этой водоросли происходит от слов «хламида» (одежда древних греков) и «монада» (простейший организм). Клетка хламидомонады покрыта пектиновой оболочкой, которая прозрачна и неплотно прилегает к мембране.

В цитоплазме хламидомонады есть ядро, светочувствительный глазок (стигма), крупная вакуоль, содержащая клеточный сок, а также пара мелких пульсирующих вакуолей.

Хламидомонада обладает способностью двигаться по направлению к свету (благодаря стигме) и кислороду. Т.е. она обладает положительным фототаксисом и аэротаксисом. Поэтому хламидомонада обычно плавает в верхних слоях водоемов.

Хлорофилл находится в большом хроматофоре, который имеет вид чаши. Здесь протекает процесс фотосинтеза.

Несмотря на то, что хламидомонада как растение способна к фотосинтезу, она также может поглощать готовые органические вещества, присутствующие в воде. Это ее свойство используется человеком для очистки загрязненных вод.

В благоприятных условиях хламидомонада размножается бесполым способом. При этом ее клетка отбрасывает жгутики и делится, образуя 4 или 8 новых клеток. В результате хламидомонада достаточно быстро размножается, что приводит к так называемому цветению воды.

В неблагоприятных условиях (холод, засуха) хламидомонада под своей оболочкой образует гаметы в количестве 32 или 64 штук. Гаметы выходят в воду и сливаются попарно. В результате образуются зиготы, которые покрываются плотной оболочкой. В таком виде хламидомонада переносит неблагоприятные условия среды. Когда условия становятся благоприятными (весной, период дождей), зигота делится, образуя четыре клетки-хламидомонады.

Хлорелла

Одноклеточная водоросль хлорелла обитает в пресных водоемах и влажной почве. Хлорелла имеет шаровидную форму без жгутиков. Также у нее нет светочувствительного глазка. Таким образом, хлорелла неподвижна.

Оболочка хлореллы плотная, в ее состав входит целлюлоза.

В цитоплазме присутствует ядро и хроматофор с хлорофиллом. Фотосинтез протекает весьма интенсивно, поэтому хлорелла выделяет много кислорода и производит много органического вещества. Также как хламидомонада, хлорелла способна усваивать готовые органические вещества, присутствующие в воде.

Для хлореллы характерно бесполое размножение делением.

Плеврококк

Плеврококк образует зеленый налет на почве, коре деревьев, скалах. Представляет собой одноклеточную водоросль.

Клетка плеврококка имеет ядро, вакуоль, хроматофор в виде пластинки.

Плеврококк не образует подвижные споры. Размножается путем деления клетки надвое.

Клетки плеврококка могут образовывать небольшие группы (по 4-6 клеток).

Многоклеточные водоросли

Улотрикс

Улотрикс представляет собой зеленую многоклеточную нитчатую водоросль. Обычно обитает в реках на поверхностях расположенных недалеко от поверхности воды. Улотрикс имеет ярко-зеленый цвет.

Нити улотрикса не ветвятся, одним концом они прикрепляются к субстрату. Каждая нить состоит из ряда небольших клеток. Нити растут за счет поперечного деления клеток.

Хроматофор у улотрикса имеет вид незамкнутого кольца.

В благоприятных условиях некоторые клетки нити улотрикса образуют зооспоры. У спор по 2 или 4 жгутика. Когда плавающая зооспора прикрепляется к предмету, она начинает делится, образуя нить водоросли.

В неблагоприятных условиях улотрикс способен размножаться половым путем. В некоторых клетках его нити образуются гаметы, имеющие по два жгутика. После выхода из клеток они попарно сливаются, образуя зиготы. В последствие зигота разделится на 4 клетки, каждая из которых даст начало отдельной нити водоросли.

Спирогира

Спирогира, также как улотрикс, является зеленой нитчатой водорослью. В пресных водоемах именно спирогира встречается чаще всего. Скапливаясь, она образует тину.

Нити спирогиры не ветвятся, состоят из цилиндрических клеток. Клетки покрыты слизью и имеют плотные целлюлозные оболочки.

Хроматофор спирогиры выглядит как спирально закрученная лента.

Ядро спирогиры подвешено в цитоплазме на протоплазменных нитях. Также в клетках есть вакуоль с клеточным соком.

Бесполое размножение у спирогиры осуществляется вегетативным способом: путем деления нити на фрагменты.

У спирогиры наблюдается половой процесс в форме конъюгации. При этом две нити располагаются рядом, между их клетками образуется канал. По этому каналу содержимое из одной клетки переходит в другую. После этого образуется зигота, которая, покрывшись плотной оболочкой, перезимовывает. Весной из нее вырастает новая спирогира.

Значение водорослей

Водоросли активно участвуют в круговороте веществ в природе. В результате фотосинтеза они выделяют большое количество кислорода и связывают углерод в органические вещества, которыми питаются животные.

Водоросли участвуют в образовании почвы и формировании осадочных пород.

Многие виды водоросли используются человеком. Так из морских водорослей получают агар-агар, йод, бром, калийные соли, клеящие вещества.

В сельском хозяйстве водоросли используются как кормовая добавка в рацион животных, а также как калийное удобрение.

С помощью водорослей очищают загрязненные водоемы.

Некоторые виды водорослей используются человеком в пищу (ламинария, порфира).

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.

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.