Подцарство настоящие водоросли. Отдел зеленые водоросли - ЦАРСТВО РАСТЕНИЯ - БОТАНИКА

Это самый обширный отдел среди всех водорослей, насчитывающий свыше 13 тыс. видов. Включает в себя несколько классов, наиболее распространенными из которых являются равножгутиковые, сцеплянки и харовые. Зеленые водоросли разнообразны по внешнему виду: одноклеточные, колониальные, многоклеточные, нитчатые и т. д. Представители отдела большей частью обитают в пресных водоемах, имеют зеленую окраску из-за преобладания хлорофилла над другими пигментами.

Род хламидомонада (Класс равножгутиковые. Порядок вольвоксовые)

Включает около 320 видов одноклеточных организмов. Эти виды обитают в пресных водоемах, лужах, канавах. Хламидомонада совсем не похожа на растение, так как она активно движется, и у нее имеются пульсирующие вакуоли. Характерны типичные для эукариот органеллы: аппарат Гольджи, митохондрии, рибосомы и мелкие вакуоли. В хроматофорах многих водорослей выявлена особая структура — пиреноид. Это белковое образование, которое осуществляет фиксацию двуокиси углерода. Пиреноид участвует в запасании углеводов, например, крахмала.

Красный глазок (стигма) воспринимает изменения в интенсивности освещения, и клетка либо перемещается туда, где интенсивность света оптимальна для фотосинтеза, либо остается на месте, если освещенность достаточна (рис. 4.33). Такая ответная реакция называется фототаксисом.

Взрослая особь хламидомонады гаплоидна. Имеет два типа размножения — бесполое и половое.

Рис. 4.33. Строение клетки хламидомонады: 1 — жгутики; 2— клеточная стенка; 3 — базальные тельца; 4 — ядро с ядрышком; 5 — цитоплазма; 6 — чашеобразный хроматофор; 7 — пиреноид; 8 — зерна крахмала; 9 — красный глазок

Бесполое размножение осуществляется с помощью зооспор. Родительская клетка теряет жгутики, стенки ее ослизняются (обычно это происходит при подсыхании водоема), и протопласт клетки делится на два дочерних протопласта. В это время происходит митотическое деление ядра; кроме того, делится и хроматофор. У дочерних протопластов образуются новые клеточные стенки, новые глазки, новые жгутики. В образовании жгутиков участвуют базальные тельца. Клеточная стенка родительской клетки ослизняется, и дочерние клетки, которые теперь называются зооспорами, выходят наружу. Из каждой зооспоры формируется полноценная взрослая клетка (рис. 4.34, а). Рис. 4.34. Схема размножения хламидомонады: а — бесполое размножение: 1 — родительская клетка; 2 — клетка с двумя протопластами после первого деления; 3 — четыре протопласта после второго деления; 4 — восемь протопластов после третьего деления; б — половое размножение: 5 — сближение родительских клеток; 6 — сбрасывание клеточных оболочек; 7— изогамия с образованием зиготы с четырьмя жгутиками; 8 — исчезновение жгутиков; 9 — мейоз зиготы; 10 — образование дочерних клеток

Половое размножение. Одни виды хламидомонады гомоталличны, другие гетероталличны. При этом разные виды могут быть изогамными, анизогамными или оогамными. Рассмотрим размножение хламидомонады на примере ее изогамичных видов. Гаплоидные гетероталличные родительские клетки хламидомонады сближаются, сбрасывают свои оболочки и взаимодействуют в дальнейшем как гаметы. Далее происходит изотамия с образованием диплоидной зиготы с четырьмя жгутиками Позднее зигота отбрасывает жгутики, образует прочную клеточную стенку и накапливает запасные питательные вещества. Далее в зиготе происходит мейоз ядра и высвобождаются четыре протопласта, которые тотчас же образуют по паре жгутиков. Таким образом формируются новые гаплоидные особи хламидомонады. Цикл развития хламидомонады происходит в гаплоидной фазе, диплоидна только зигота (рис. 4.34, б).

Род Вольвокс (Класс равножгутиковые. Порядок вольвоксовые)

Колониальная водоросль, имеющая шаровидную форму (2 — 3 мм). Колонии вольвокса состоят из многих (500 — 600 тыс.) клеток, расположенных по периферии шара в один слой. Каждая клетка имеет два жгутика, обращенных снаружи шара, и по своему строению напоминает клетку хламидомонады. Внутренняя полость шара занята слизью. Все вегетативные клетки связаны между собой тяжами цитоплазмы и выполняют функции движения и питания (рис. 4.35).

Рис. 4.35. Вольвокс: а — участок колонии с половыми клетками; б — колония в процессе бесполого размножения (внутри материнской колонии — дочерние колонии):

1 — макрогаметы; 2 — микрогаметы; 3 — дочерние колонии

Функцию полового размножения выполняют другие специализированные клетки, отличающиеся более крупными размерами и отсутствием жгутиков.

Вегетативное размножение осуществляется с помощью дочерних колоний, образующихся в материнских колониях путем последовательных продольных делений их протопластов. Затем дочерние колонии выпадают внутрь материнского шара и освобождаются лишь после ее разрушения. При половом размножении часть специализированных клеток преобразуется в оогонии с яйцеклетками. В других специализированных клетках развиваются двужгутиковые сперматозоиды. Сперматозоиды одного материнского шара оплодотворяют яйцеклетки другого. Диплоидная зигота называется ооспорой, которая обычно прорастает весной. При этом сначала происходит мейоз, а затем многократное деление. В результате возникает пластинка гаплоидных клеток, после чего постепенно формируется новое шаровидное тело вольвокса. Основная форма существования простейших в колонии происходит в гаплоидной фазе, диплоидна только зигота.

Род Хлорелла (Класс равножгутиковые. Порядок хлорококковые или протококковые водоросли)

Объединяет одноклеточные водоросли, широко распространенные в пресных водоемах, почве. Клетки одеты оболочкой, содержат чашевидный хроматофор, одно ядро. Половой процесс отсутствует. При бесполом размножении материнская клетка делится на 4 — 10 частей. Образуются неподвижные, т. е. без жгутиков, автоспоры, которые еще в материнской клетке одеваются собственными оболочками и выходят из нее после разрыва материнской оболочки.

Хлорелла характеризуется очень быстрыми темпами размножения. Каждая клетка хлореллы в течение суток может образовывать до 10 дочерних клеток. Она способна использовать от 10 до 12% световой энергии (против 1 — 2% у наземных растений). В сухом веществе содержит: 50% белков, 22% жиров, 12% углеводов, 10% минеральных солей, витамины В, К, С (больше, чем в лимонном соке). Свойство хлореллы быстро накапливать биомассу используется для получения дешевого корма. Получила применение при полетах космонавтов как источник пищи и кислорода.

Класс сцеплянки

У представителей этого класса наблюдается особый половой процесс (конъюгация) и образование зооспор отсутствует.

Представителем этого класса является спирогира — многоклеточная нитчатая водоросль, свободно плавающая на поверхности рек и прудов. В центре каждой клетки находится ядро, “подвешенное” на тяжах цитоплазмы. Имеется спирально закрученный хроматофор с пиреноидами. Вегетативное размножение происходит частями таллома, т. е. путем разрыва нитей на отдельные участки или даже отдельные клетки. Половой процесс — конъюгация. При конъюгации у двух гетероталличных параллельно располагающихся нитей водоросли у супротивных клеток напротив друг друга образуются выросты. В месте соприкосновения этих двух выростов оболочки растворяются, и образуется копуляционный канал. По этому каналу происходит слияние содержимого двух клеток с образованием зиготы. После периода покоя зигота редукционно делится, и образуются четыре новые клетки, три из которых отмирают, а одна прорастает в новую особь (рис. 4.36).

Рис. 4.36. Конъюгация спирогиры: 1 — образование популяционного канала; 2 — начало копуляции; 3 — зигота

Отдел бурые водоросли

Бурые водоросли — многоклеточные организмы, обитающие в морях. Это самые крупные из известных водорослей. Рассмотрим этот отдел на примере ламинарии сахарной, относящейся к порядку ламинариевых.

Ламинария сахарная — представитель Северных морей и Дальнего Востока. Особи достигают от 10 до 60 м в длину. Все тело водоросли разделено на части: листовая пластина, стволик и ризоиды (рис. 4.37). Клетки содержат одно ядро, несколько вакуолей и имеют сильно ослизняющиеся стенки. Хроматофор округлый, в виде зерен, содержащий пигменты: хлорофилл, каротин, ксантофилл и фукоксантин. Избыток фукоксантина придает водоросли бурую окраску. Запасной полисахарид — ламинарии. Он откладывается вне хлоропласта — в цитоплазме.

Рис. 4.37. Внешний вид ламинарии сахарной: 1 — листовая пластина; 2 — стволик; 3 — ризоиды

Размножение половое — оогомия с чередованием диплоидной и гаплоидной ядерных фаз.

Взрослое растение ламинарии является спорофитом (бесполая фаза). В результате мейоза в зооспорангиях, находящихся на листовой пластине, образуются зооспоры. Зооспоры попадают в почву и прорастают в заростки (гаметофиты) — микроскопические образования, несущие гаметы. На одних гаплоидных заростках образуются женские половые органы — оогонии с яйцеклетками, на других заростках образуются мужские половые органы — антеридии со сперматозоидами. После оплодотворения яйцеклеток сперматозоидами образуется диплоидная зигота, которая сразу же прорастает во взрослую особь.

Бурые водоросли находят различное применение в хозяйственной деятельности человека. Из них получают агар, альгинаты — вещества, широко используемые при приготовлении консервов, красящих и клеющих веществ, а также кровезаменитель и маннит. Бурые водоросли, кроме того, служат сырьем для получения йода и брома.