Нижчі рослини. Водорості. Загальна характеристика. Відділ зелених водоростей. Відділ діатомових водоростей. Відділ бурих водоростей. Відділ червоних водоростей або багрянки

Водорості (Algae) відносяться до нижчих спорових рослин. Відомо понад 30 тисяч сучасних видів. Тіло їх не розчленоване на органи і називається таломом (Від грец. таллос - паросток), або слані. Бувають одноклітинними, колоніальними, багатоклітинними (у вигляді нитки, платівки, кущика тощо). Багатоклітинні водорості різною мірою диференційовані на клітини, які виконують різні функції (запасають, статеві, асимілюючі), але справжніх тканин не утворюють. Деякі види можуть прикріплюватися до субстрату за допомогою різоїдів (Від грец. різос - Корінь і ейдос – вид) – ниткоподібних безбарвних виростань, які складаються з однієї чи послідовної низки клітин.

Всі водорості містять у клітинах зелений пігмент (від лат. pigmentum - Фарба) хлорофіл (Від грец. хлорос – зелений та філон - Листок). Хлорофіл знаходиться в хлоропластах, які мають різну форму. Хлоропласти водоростей називають хроматофорами. Крім хлорофілу можуть бути інші пігменти (фікоціан, ксантофіл, каротин та ін), які маскують хлорофіл і надають рослинам специфічне забарвлення. Такі пігменти здатні додатково поглинати світло, що дає можливість відбуватися фотосинтезу на великих глибинах.

Водорості ділять на кілька відділів (10-12), найвідомішими з яких є Зелені, Діатомові, Бурі та Червоні або Багрянки. Вчені вважають, що рослини різних відділів мають різне походження і з-поміж них немає близьких зв'язків.

У водоростей розрізняють статеве та безстатеве розмноження.

Статеве розмноження відбувається різними способами. Містком статевих клітин або гамет, є одноклітинні гаметангії (від гамета та грецьк. ангеіон - Судина). За розмірами та рухливістю розрізняють:

– однакові за розмірами рухомі гамети – ізогамію (Від грец. ізос – рівний, гамос - шлюб);

– жіноча гамета більша за чоловічу, рухливі – анізогамія (Гетерогамія) (Від грец. анізос - Різний);

– жіноча – велика, нерухома, чоловіча – менша, рухлива чи ні – оогамія (Від грец. він - Яйце).

У деяких із зелених водоростей (у спірогіри) може спостерігатися кон'югація - Злиття вмісту двох безжгутикових вегетативних клітин.

Після злиття гамет утворюється зигота (Від грец. зиготос - Сполучені разом). Рослини, на яких утворюються гамети, називаються гаметофітами.

Безстатеве розмноження може відбуватися за допомогою суперечок (від грец. суперечки – посів, насіння) та вегетативно. Спори бувають нерухомі та рухливі, що мають джгутики, і називаються зооспорами (Від грец. зоон - Тварина). Утворюються або у звичайних клітинах, або у спеціальних – спорангіях або зооспорангіях. Спори та зооспори виходять у воду через отвір у стінці спорангія групою та оточені слизовою оболонкою, яка швидко розпливається. Рослини, на яких утворюються суперечки, називаються спорофітами.

Вегетативне розмноження різноманітне: талом водоростей, колонії діляться навпіл або розпадаються, у деяких видів бурих водоростей утворюються бруньки на слаєвище, у харових водоростей - бульбочки і т.п.

У водоростей суперечки та гамети можуть розвиватися на різних рослинах (спорофітах та гаметофітах), а у деяких видів – на одних і тих же рослинах. Спорофіт та гаметофіт можуть бути схожими або відрізнятися. У життєвих циклах в одних видів переважає гаметофіт, у других – спорофіт, а в інших – вони рівноцінні.

Живуть водорості переважно у водному середовищі. Водні рослини залежно від положення у просторі ділять на планктонні, які перебувають у стані, бентосні – на дні водойм, нейстонні - плавають на поверхні води в напівзануреному стані та перифітонніякі обростають будь-які підводні поверхні. Деякі водорості живуть у гарячих джерелах, на снігу.

Крім того, водорості зустрічаються поза водою: у ґрунті, на скелях, деревах тощо.

Наука, яка вивчає водорості, називається альгологією. Водорості виділяють, як і інші рослини, кисень та поглинають вуглекислий газ, беруть участь у кругообігу вуглецю, широко використовуються в різних галузях господарства. Їх можна використовувати як індикатори ступеня забрудненості водойм, застосовувати для очищення промислових вод.

Відділ зелених водоростей

Найбільший відділ Зелені водорості (Chlorophyta) налічує за різними даними від 13 000 до 20 000 видів. Представлений різноманітними життєвими формами: одноклітинними, колоніальними, багатоклітинними. Рослини мають зелене забарвлення талому, як у вищих рослин, тому що серед різних пігментів (каротини, ксантофілли та ін) переважає хлорофіл (а та b). На деяких стадіях розвитку та деяких видів зелене забарвлення маскується червоним пігментом (гематохромом). Клітинні стінки утворені целюлозою та пектиновими речовинами.Основною запасною речовиною є крохмаль. Характерні всі типи статевого та безстатевого розмноження. Поширені переважно у прісних водоймах та на зволожених ділянках суші. Зустрічаються соленоводні та морські форми. Вчені вважають, що саме зелені водорості були початковою формою для вищих рослин.

Представники зелених водоростей

Представниками є, наприклад, хламідомонада, хлорела, вольвокс, улотрікс, спірогіра, ульва.

Хламідомонада

Назва походить від грецьк. хламіда – одяг давніх греків та монада - Найпростіший організм. Це прісноводна одноклітинна водорість грушоподібної форми. При масовому розмноженні спричинює цвітіння води. Є частково гетеротрофним організмом, оскільки використовує органічні речовини як джерело живлення. Бере активну участь у процесі біологічного очищення забруднених вод. На передній частині тіла оболонка утворює невелике випинання – носик, де розташовані два джгутики, за допомогою яких рослина пересувається. Клітина має пектинову оболонку, що щільно прилягає до протопласту. З часом вона трохи відстає від нього в задній частині клітини.

Має один чашоподібний хлоропласт. хроматофор – з одним піреноїдом (Від грец. пірен - кісточка і ейдос - Вид). Піреноїд - це округле білкове тіло, яке може мати в середині білковий кристал. Вважають, що він бере участь у фіксації вуглекислого газу. Розташований піреноїд на поверхні хлоропластів і оточений зернами крохмалю. Це зона, де найбільш активно синтезуються та накопичуються поживні речовини.На передньому кінці хламідомонади знаходяться дві скорочувальні вакуолі, за допомогою яких виділяється надлишок води, що безперервно надходить у клітину. Скорочувальні вакуолі регулюють тиск усередині клітини.

Червоне світлочутливе вічко – стигма – сприймає зміни інтенсивності освітлення, орієнтує рослину до світла (позитивний фототаксис). Ядро одне.

За несприятливих умов (наприклад, висихання водойми) хламідомонада переходить у стан спокою: втрачає джгутики, покривається слизом. У такому стані вона розмножується. За сприятливих умов знову утворює джгутики і починає рухатися.

Переважає гаплоїдне покоління (гаметофіт). Диплоїдною є лише зигота. Водорість має два типи розмноження: статеве та безстатеве.

Безстатеве розмноження відбувається за допомогою зооспор. Батьківська клітина втрачає джгутики, стінки клітини ослизняються, ядро ​​ділиться мітотично на 4 (рідше 8) частин. Діляється хроматофор та цитоплазма. У кожній дочірній клітині утворюється по два джгутики. Оболонка материнської клітини руйнується. З неї виходять зооспори у воду, де швидко зростають до певних розмірів.

При статевому розмноженні в материнській клітині утворюються гамети (32 або 64), подібні до зооспор, але менших розмірів. Для більшості видів хламідомонад характерна ізогамія. Гамети наближаються, скидають оболонку, зливаються і утворюють зиготу. Зигота відкидає джгутики та покривається міцною захисною оболонкою. Через деякий час зигота ділиться меотично. Виходять 4 зооспори, які виходять у воду та виростають до розмірів дорослих хламідомонад.

Хлорелла

Одноклітинна куляста водорість, що не має джгутиків. Вкрита целюлозною оболонкою.За будовою подібна до хламідомонади, але не має вічка і скорочувальних вакуолей. Є одне ядро, чашоподібний хроматофор із піреноїдом. Хлорелла здатна використовувати від 10 до 12% енергії світла (на відміну від 1-2% у наземних рослин). До її складу входить велика кількість білка (40 %) у перерахунку на суху речовину, за що культивується в штучних умовах, вживається в їжу, з неї виготовляють корм для тварин, використовується в космічних дослідженнях (як їжа та джерело кисню). Крім того, містить ліпіди – до 20%, вуглеводи – до 35%, зольні речовини – 10%, вітаміни У, До, З. У хлорелі знайдено речовину, яка має антибіотичні властивості – хлореллін.

Розмноження безстатеве за допомогою спор, які утворюються в материнській клітині (4-8 апланоспор). Ще всередині покриваються целюлозними оболонками та звільняються через розрив клітинної стінки у воду.

Зустрічається всюди: як у прісних, так і в солоних водоймах, а також на вологому ґрунті, стовбурах дерев тощо. п. Може вступати в симбіоз із різними організмами (наприклад, дрібними тваринами), входити до складу лишайників.

Плеврокок

Одноклітинна куляста водорість без джгутиків. Має одне ядро, вакуолю, пластинчастий хроматофор. Плеврокок з'єднується до груп по 4-6 у вигляді пакетиків, іноді – коротких ниток, які можуть розпадатися на окремі самостійні клітини. Такі клітини починають розмножуватися, після чого утворюють нові пакетики чи нитки. Розмноження - безстатеве, поділом навпіл.

Плеврокок - наземна водорість. Зустрічається на корі дерев, у грунті, різних поверхнях тощо. п. Разом з іншими водоростями утворює зелений наліт. Входить до складу лишайників.

Вольвокс

Колоніальна водорість, що має вигляд рухомих зелених кульок (до 2-3 мм у діаметрі). Складається із великої кількості клітин (до 20-50 тис.). Більшість клітин не здатні до поділу (вегетативні). За будовою вони схожі на хламідомонаду (мають два джгутики, один хроматофор, ядро ​​і дві скорочувальні вакуолі). Між собою з'єднуються цитоплазматичні містки і утворюють на поверхні один шар. У середині шару - в'язка речовина, яка утворюється внаслідок ослизнення оболонок частини клітин.

Вегетативне розмноження відбувається з допомогою освіти дочірніх колоній з допомогою клітин, мають великі розміри. Вони відокремлюються від материнських за допомогою послідовних поздовжніх поділів, потім випадають у середину материнської колонії та вивільняються лише після руйнування останньої.

Статеве розмноження відбувається за допомогою спеціалізованих великих клітин без джгутиків. Частина перетворюється на жіночі статеві клітини – оогонии, у тому числі розвиваються яйцеклітини. В інших спеціалізованих клітинах розвивається велика кількість чоловічих статевих клітин – сперматозоїдів. Після запліднення утворюється зигота (ооспора), що проростає навесні. Вона ділиться спочатку меотично, потім – мітотично, тобто диплоїдна лише зигота. Утворюється пластинка гаплоїдних клітин, з якої формується кулясте тіло вольвоксу.

Улотрікс

Це багатоклітинна прісноводна водорість, яка складається з клітин, розташованих в один ряд у вигляді довгої нитки (до 10 см). Прикріплюється подовженою клітиною – коротким безбарвним різоїдом – до підводного каміння, пня тощо. Утворює у водоймах яскраво-зелене обростання. Клітини короткі, однакові, бочкоподібні чи циліндричні.Мають один підковоподібний хроматофор з одним або декількома піреноїдами, одне ядро, товсті набряклі оболонки.

Розмножуються статевим та безстатевим способом. Кожна клітина може стати чи спорангієм, чи гаметангієм. При безстатевому розмноженні в клітинах утворюються зооспори (2-4), що мають грушоподібну або яйцеподібну форму, вічко, дві скорочувальні вакуолі та чотири джгутики. Зооспора прикріплюється до субстрату та проростає у дорослу рослину.

При вегетативному розмноженні нитка рослини розпадається на невеликі сегменти, клітини, кожна з яких утворює нову дорослу рослину.

Статеве розмноження ізогамне. Відбувається переважно у разі несприятливих умов. Гамети та зооспори утворюються на одній рослині. Гамети за будовою подібні до зооспор, але утворюється їх значно більше, дрібніше за розмірами і мають два джгутики. При злитті гамет однієї або частіше різних ниток утворюється зигота. Вона осідає на дно, відкидає джгутики, покривається щільною товстою оболонкою. Потім ділиться мейотично і утворює гаплоїдні зооспори (4-16), які виходять з оболонки, прикріплюються до субстрату та проростають у дорослу водорость.

Ульва

Морські пластинчасті водорості. Називають її "морський салат". Досягає 30-50 см завдовжки. Прикріплюється до субстрату. Розмножується статевим та безстатевим способом.

Спирогіра

Прісноводна нитчаста водорість (до 8-10 см завдовжки). Росте в одному напрямку (розподіл клітин відбувається вночі). Нитки не прикріплюються та плавають вільно. Клітини однакові, циліндричні, мають целюлозні оболонки, які оточені зовні слизовим чохлом, стрічкоподібні, спірально перекручені хроматофори з піреноїдами, одне ядро, велика вакуоля.

Розмножується спірогіра вегетативно та статевим способом. Суперечки не утворює. Вегетативне розмноження відбувається шляхом розриву чи розпаду ниток окремі ділянки, клітини, у тому числі формуються нові нитки водорості.

Статеве розмноження – кон'югація. При цьому нитки зближуються та склеюються за допомогою слизу. З клітин різних ниток, що знаходяться поруч, утворюються вирости, що з'єднуються. Канал виростів поєднує дві клітини. По ньому вміст однієї клітини («чоловічої») переходить у другу («жіночу») і зливається в зиготу. Зигота покривається товстою оболонкою і після періоду спокою проростає. Диплоїдна лише зигота. В результаті мейотичного поділу утворюються 4 клітини, три з яких відмирають. Одна клітина, що залишилася, має великі розміри, утворює проросток, з якого розвивається доросла водорість.

Відділ діатомових водоростей

Діатомові водорості (Bacillariophyta, або Diatomeae) - це одноклітинні або колоніальні рослини. Налічується близько 15000 видів. Широко поширені. Зустрічаються у прісних та морських водоймах, ґрунті, камінні та скелях, на снігу та льоду. У морях утворюють значну частину планктону, яким живиться багато морських організмів. Панцирі діатомових осідають на дні і утворюють діатомовий мул. Осадова гірська порода діатоміт (або трепел, або гірська мука) на 50-80% складається з панцирів цих водоростей (на 1 см припадає 4,6 млн. панцирів).

Клітини діатомових водоростей покриті кремнистим панциром, який складається з двох нерівних за розмірами (більше – епітеки і меншою – гіпотеки) стулок. Целюлозної оболонки немає. Стулки налягають одна на одну подібно до половин чашки Петрі. Кожна стулка має поясок.Під панциром знаходиться пектинова оболонка. У панцирі є щілини (пори), крізь які відбувається обмін речовин із довкіллям. Розрізняють діатомові з радіальною та двосторонньою симетрією. З радіальною симетрією водорості нерухомі. З двосторонньою симетрією, якщо мають щілину – шов, здатні рухатися. У клітині є одне ядро, вакуолі, хлоропласти різної форми. Ці водорості відносяться до бурофарбованих, оскільки крім хлорофілів (а і з) мають маскуючі їх жовті, помаранчеві пігменти (каротин, ксантофіл, фукоксантин). Запасна речовина вуглеводної природи (хризоламінарин).

Розмножуються статевим та безстатевим способом. Діатомові живуть у диплоїдному стані, і лише гамети їх гаплоїдні. Безстатеве розмноження відбувається шляхом поділу з утворенням однієї стулки (завжди меншою), так як кожна клітина, що новоутворилася, має лише половинку материнського панцира. Результатом численних поділів є зменшення розмірів клітин проти початковими клітинами. Зовсім маленькі зливаються і утворюють ауксоспори - суперечки, що ростуть. Це з статевим процесом. Перед статевим процесом відбувається мейоз. Статеві процеси – кон'югація, ізогамія та оогамія. Дві клітини наближаються, стулки розкриваються, ядра попарно зливаються. Утворюється зигота (ауксоспора – одна чи дві), яка деякий час росте, а потім покривається панциром і перетворюється на дорослу водорость.

Представники діатомових водоростей

Найбільш відомими представниками є пінулярія, навікула, цимбела та ін.

Діатомові водорості використовують у харчовій, хімічній, фармацевтичній промисловості, будівництві. Діатоміт використовують у виробництві скла, у будівництві як теплозвукоізолятор.

Відділ бурих водоростей

До відділу Бурі водорості (Phaeophyta) належить близько 1500 видів. Це виключно морські багатоклітинні водорості. Більшість із них прикріплюється до субстрату. Розміри коливаються від кількох міліметрів до 60 м завдовжки. До бурих належать найбільші за розмірами водорості. Клітини мають сильно ослизнену клітинну стінку, яка складається з внутрішнього целюлозного шару та зовнішнього пектинового, одне ядро, одну або багато вакуолей, зернисті хлоропласти бурого кольору. Різні відтінки бурого кольору обумовлені тим, що крім хлорофілу (а і з) є бурі та жовті (фукоксантин, каротин, ксантофіл) пігменти. Особливо багато фукоксантину. Основна запасна речовина – ламінарін, який відкладається у цитоплазмі. Крім того, запасають шестиатомний спирт маніт та жири.

Більшість бурих водоростей таллом складається з кількох верств клітин, які діляться у трьох взаємоперпендикулярних напрямах. У багатоядерних слані спостерігається спеціалізація клітин з утворенням тканин. Розрізняють кору, що складається з інтенсивно забарвлених клітин із хлоропластами, і серцевину – з безбарвних великих клітин однакового розміру. Серцевина забезпечує транспортування продуктів фотосинтезу і виконує механічну функцію.

Розмножуються статевим та безстатевим способом. Характерне чергування поколінь з величезним переважанням спорофита. Вегетативне розмноження відбувається за допомогою частин талому. Безстатеве – за допомогою гаплоїдних зооспор, які проростають у гаметофіти. На гаметофітах утворюються статеві органи. Підлоговий процес ізогамний, гетерогамний та оогамний. Зигота без періоду спокою проростає у диплоїдну рослину – спорофіт.

Представники бурих водоростей

Найвідомішими представниками є ламінарія (морська капуста), фукус, цистозейра, макроцистис та ін. Представників бурих водоростей можна зустріти, зокрема, у Чорному та Азовському морях.

Бурі водорості використовують для одержання альгінатів (солей альгінової кислоти, аналог желатину), які використовують у різних галузях господарства. З них виробляють клей для текстильного виробництва, проклеювання паперу, скріплення цементу. Плівки з альгінату натрію наносять на метали, бетонні споруди тощо, щоб захистити їх від корозії, руйнування, гниття. Альгінати використовують для виготовлення консервів, фруктових соків, барвників.

Ламінарія

Це найвідоміша бура водорість. Кріпиться до поверхні субстрату розгалуженими ризоидами. Має так званий «держак» та подовжену платівку. Гаметофіт живе мало, основною життєвою формою є спорофіт. У північних морях поширені два види. цукрова і пальчаста. Вони є промисловими видами та використовуються для корму тваринам, виготовлення різних продуктів харчування та лікарських препаратів (йод, маніт тощо). Маніт в медицині використовують як замінник крові при хірургічних операціях.

Саргассум

Мають вигляд невеликих кущиків (0,5-2 м). Зростають на дні мілководій морів, деякі плавають біля поверхні завдяки бульбашкам, заповненим повітрям. Ця бура водорість на схід від Флориди та на південь від Бермудських островів завдяки круговій течії утворює Саргасове море серед океану.

Відділ червоних водоростей або багрянки

До відділу Червоні водорості, або Багрянки (Rhodophyta), належать переважно багатоклітинні водорості, які поширені переважно у солоних водоймах та прикріплюються до субстрату.Менше за розмірами, ніж бурі. Відомо близько 4000 видів.а і d) є червоні та жовті пігменти (каротини, ксантофіли, фікоеритрини), які маскують його. d характерний тільки для червоних водоростей. Багряний колір надає особливий пігмент - фікоеритрин.

Клітини покриті двошаровою оболонкою: внутрішня – целюлозна, зовнішня – пектинова. багрянковий крохмаль, який відкладається у цитоплазмі.

Розмноження статеве і безстатеве. Вегетативное розмноження відбувається рідко. (карпоспори), з яких утворюється Спорофіт. Життєвий цикл складний.

Представники червоних водоростей

Найбільш відомими представниками є порфіра, делесерія та ін. Дуже рідко зустрічаються у прісних водоймах (батрахоспермум), наземних обростаннях у вологих місцях (порфіридіум). У Чорному морі можна зустріти червоні водорості кулястої форми. церамію, кущики, схожі на корали, – кораліну, шнуроподібну форму – немаліон.

З різних видів багрянок одержують полісахариди агар-агар, який використовують у харчовій, кондитерській, паперовій, текстильній та медичній галузях господарства. Деякі види вживають у їжу, на корм тваринам. З червоних водоростей добувають бром, йод, виготовляють препарати проти зсідання крові, замінники крові тощо.