ВОДОРОСЛИ
Algae
План
• Общая характеристика водорослей
1. Происхождение водорослей
2. Типы таллома и его эволюция
3. Строение клетки водорослей
4. Размножение водорослей
5. Экологические группы водорослей
• Систематика водорослей
Водоросли Algae
• фотосинтезирующие автотрофные
эукариоты, живущие в основном в
водной среде.
• Тело не расчленено на органы и ткани и
называется талломом.
• Традиционно водоросли называют
низшими растениями.
• относят к царству Protoctista (Шварц и
Марголис, 1982 г.).
Отделы
• Красные (багрянки)
• бурые
• золотистые
• зеленые
• желто-зеленые
• диатомовые
• пирофитовые
• эвгленовые
• сине-зеленые и др.
Представители различаются строением таллома,
набором пигментов, составом клеточной стенки,
особенностями размножения, происхождением.
Происхождение водорослей
• Все отделы настоящих водорослей произошли от
различно окрашенных, активно двигающихся в воде
с помощью жгутиков одноклеточных форм, которые
в свою очередь произошли от амебовидных
одноклеточных.
• Усложнение строения и переход к многоклеточности
сопровождался потерей подвижности.
• Доказательством является наличие подвижных
(жгутиковых) стадий в процессе размножения у
неподвижных в вегетативном состоянии
водорослей.
• Переход от одноклеточноности к
многоклеточности происходит по видимому,
минуя стадию колонии, независимо от нее.
Предпосылками к формированию таллома
были:
• возникновение целлюлозных клеточных
стенок
• переход к прикрепленному образу жизни
• развитие полярности.
Типы талломов
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Амебоидный
(Chrysamoeba)
Монадный
(Chlamydomonas)
Коккоидный (Clorella).
Колониальный (Volvox)
Палмеллоидный
(Chlamydomonas)
Нитчатый (Spirogyra)
Пластинчатый (Fucus)
Сифональный
(Caulerpa)
Харофитный (Chara)
Строение клетки
•
•
•
•
•
•
•
Клеточная стенка
Состоит из аморфного матрикса (пектин и
гемициллюлоза) и фибриллярного скелета.
У водорослей 3 типа скелетных полисахаридов:
целлюлоза, маннан и ксилан (у сироновых)
дополнительные компоненты:
кремнезем (у диатомовых),
известь (у харовых),
соли железа (у вольвоксовых)
На поверхности клеточной стенки может
откладываться слизь
Строение клетки
•
Ядро и цитоплазма имеют типичное для
эукариот строение.
• Цитоплазма обычно расположена тонким
постоянным слоем.
• В цитоплазме имеются обычные для
эукариот органоиды :ЭПС (плохо развита,
имеет вид немногочисленных каналов).
Аппарат Гольджи, митохондрии, рибосомы,
пластиды.
• У большинства водорослей имеется
центриоли.
• Пластиды водорослей называют
хроматофорами.
• Запасные питательные вещества:
1. полисахариды (крахмал, багрянковый
крахмал, ламинарин)
2. масла
3. спирты.
Хроматофоры
• могут иметь разнообразную форму: пластинчатую, спиральную,
лентовидную, чашевидную, сетчатую, звездчатую и т.д.
• содержатся фотосинтетические пигменты: хлорофиллы,
каротикоиды, фукоксантины, фикобилины
• ограничены 2-х(зеленые) или 3-4-х мембранной оболочкой
• В матриксе пластид находится ДНК, рибосомы, система
тиллокаидов менее дифференцирована, липидные и белковые
включения.
• У некоторых водорослей в хроматофорах имеются особые
белковые тельца - пиреноиды. Пиреноид состоит в основном
из фермента рибулозодифосфаткарбоксилазы, который
осуществляет фиксацию СО2. Пиреноид является центром
синтеза крахмала, который затем вытесняется из него, образуя
оболочку из крахмальных зерен.
Размножение
•
•
•
•
Бесполое:
Вегетативное – кусочками таллома
Зооспорами
У красных и некоторых зеленых
образуются неподвижные
апланоспоры.
Отсутствует: у фукусовых, харовых и
сифоновых
Половое размножение
• присутствует у всех водорослей.
• Половой процесс может быть изогамным,
гетерогамным и оогамным.
• Половой процесс, при котором сливается
содержимое 2-х вегетативных клеток физиологически
выполняющих функции гамет, называют
конъюгацией.
• Зигота покрывается плотной оболочкой и способна
переносить неблагоприятные условия.
• Зигота либо непосредственно прорастает в новую
особь, либо в ней образуются зооспоры.
Цикл развития
• В цикле развития соотношение диплоидной и
гаплоидной фаз может быть различно.
• Большинство зеленых водорослей гаплоидно,
диплоидна у них только зигота, наблюдается
зиготическая редукция.
• У диатомовых, фукусовых, сифоновых
таллом 2n и наблюдается гаметическая
редукция.
• У большинства красных, бурых и некоторых
зеленых наблюдается типичная для растений
смена поколений.
Экологические группы
• Водоросли в основном обитают в водной среде, где
они входят в состав планктона и бентоса.
Планктоном называют свободно плавающих в толще
воды преимущественно микроскопических
организмов. Водоросли, плавающие в воде, образуют
фитопланктон.
• Бентос- это донные организмы. Бентосные
водоросли чаще многоклеточные, прикрепленные к
субстрату формы, но есть и одноклеточные
(диатомовые).
• Кроме водных существуют и наземные водоросли,
обитающие на камнях, стволах деревьев.
• Выделяют также водоросли почвы, снега и льда.
Отдел Красные водоросли
Rhodophyta (багрянки).
• Отдел насчитывает
около 4000 видов.
• это морские бентосные
водоросли. Лишь 5%
живут в пресной воде и
почве.
• Таллом может быть
одноклеточным,
колониальным,
нитчатым и
пластинчатым.
• Подвижные стадии в
жизненном цикле
отсутствуют.
Отдел Красные водоросли
• Клеточная стенка состоит из
пектина (снаружи) и
гемицеллюлоз (внутри), которые
могут сильно набухать и часто
сливаются в общую слизистую
массу.
• У некоторых в клеточной стенке
откладывается известь
(литотамнион Lithothamnion,
литофиллум Lithophyllum).
• Хроматофоры в виде зерен или
пластинок. Тиллакоиды
одиночные.Пиреноидов нет.
• Центриоли в клетках отсутствуют
Отдел Красные водоросли
•
•
•
•
•
Пигменты: хлорофиллы а и d,
каротиноиды, фикобилиныы (красный –
фикоэритрин, синий –фикоцианин).
цвет красных водорослей от яркомалинового до голубовато-зеленого.
Наличие фикобилинов позволяет
багрянам обитать на больших глубинах,
куда проникает мало света с короткой
длиной волны (синий, фиолетовый).
Хроматофоры багрянок произошли, повидимому, от симбиотических
цианобактерий, с которыми они сходны
биохимически (наличие фикобилинов) и
структурно (одиночные тиллакоиды).
Запасное питательное вещество:
багрянковый крахмал. Он откладывается
в цитоплазме, а не в пластидах. Этот
полисахарид близок к гликогену,
окрашивается йодом в красно-бурый цвет.
Размножение
• Бесполое размножение: неподвижные апланоспоры.
• Половой процесс – оогамия.
• У большинства наблюдается чередование поколений
(изо- или гетероморфное).
• Гаметофиты часто однополые. Женский половой
орган – карпогон, состоит из брюшка и нитевидной
трихогины. Мужской половой орган – антеридий.
В нем образуется один неподвижный, лишенный
жгутиков спермаций, который разносится током воды.
• Зигота претерпевает сложное развитие, в результате
которого образуются карпоспоры, дающие начало
спорофиту.
• Спорофит путем мейоза образует споры.
Представители
•
•
•
•
•
•
Порфира Porphyra - имеет
пластинчатый таллом листовидной
формы пурпурного цвета.
Используется в пищу и для
производства агар-агара.
Родимения Rodimenia используется в пищу, в Японии
культивируется.
В балтийском море обитают
фурциллярия Furcellaria fastigiata
и анфельция Anfeltia plicata. Они
также используются для получения
агар-агара.
Каллитамнион щитковидный
Callithamnion corymbosum– в виде
кустиков.
Делессерия – в виде ярко –красных
листьев.
Кораллина.
родимения
Делессерия
Отдел Бурые водоросли
Phaeophyta
•
•
•
•
•
•
около 1500 видов.
В основном это морские бентосные
формы
Таллом всегда многоклеточный,
сложно устроенный.
У некоторых имеются зачатки тканей
Клеточная стенка состоит из
целлюлозы и пектина. Целлюлоза
имеет строение, отличное от высших
растений и называется альгулезой.
В пектине содержится альгиновая
кислота и фукоидин, которые
способствуют сильному набуханию.
Образующаяся слизь помогает
удерживать воду, что позволяет
обитать в приливно-отливной зоне.
Отдел Бурые водоросли
Phaeophyta
• Хроматофоры различной
формы с пиреноидами
• Пигменты: хлорофиллы а и с,
каротин, ксантофиллы
(фукоксантин). Сочетание
пигментов придает окраску
бурым водорослям от
зеленовато- оливковой до
темно-бурой.
• Запасное питательное
вещество: полисахарид
ламинарин (откладывается в
цитоплазме), 6-ти атомный
спирт маннитол, реже масло.
Размножение
• Вегетативное: частями
таллома
• Бесполое: зооспорами (у
фукусовых отсутствует)
• Половой процесс:
изогамный, гетерогамный,
оогамный.
• У большинства имеется
чередование поколений,
которое может быть
изоморфным или
гетероморфным.
Ламинария Laminaria
•
•
•
•
распространена в северных
морях.
используется в пищу, для
лечебного питания (содержит
много йода).
характерна гетероморфная
смена поколений с
преобладанием диплоидного
спорофита.
Спорофит многолетний,
достигает нескольких метров в
длину. Он имеет листоподобную
пластинку, ствол и ризоиды, с
помощью которых растение
прикрепляется к грунту. Ствол и
ризоиды многолетние, а
пластинка меняется ежегодно
Цикл развития ламинарии
•
•
•
•
Бесполое размножение с
помощью зооспор. Зооспоры
образуются путем мейоза в
зооспорангиях.
Зооспоры прорастают в
микроскопические, состоящие
из нескольких клеток,
раздельнополые нитчатые
гаметофиты (заростки). На
женских заростках в оогониях
образует яйцеклетка, а на
мужских в антеридиях
образуются сперматозоиды.
Оплодотворение происходит в
воде.
Зигота без периода покоя
прорастает в диплоидный
спорофит.
Макроцистис Macrocystis
• достигает в длину
100м и более, массы
до 300кг.
• Используется для
получения
альгинатов.
• Очищенные
альгинаты
нетоксичны и легко
образуют гели.
Фукус Fucus
•
•
•
•
•
•
•
Распространен в северных морях.
В Балтийском и Северном морях
распространен Fucus vesiculosus.
Таллом темно-бурого цвета,
ветвится дихотомически, достигает
1м.
Размножается только половым
путем.
Гаметофиты диплоидные
раздельнополые. На концевых
разветвлениях таллома в особых
углублениях – скафидиях –
образуются половые органы:
оогонии и антеридии.
Гаметы образуются путем мейоза.
Оплодотворение происходит в
воде.
Зигота без периода покоя
прорастает в новый гаметофит.
Применение бурых водорослей
• Альгинаты используются:
• в качестве отвердителей и желеобразующих веществ
в кондитерской промышленности,
• при изготовлении лаков, красок,
• для получения глазурованной посуды,
• в текстильной и бумажной промышленности (для
придания глянца и получения прочных ярких красок),
• в фармацевтической промышленности (как
связующее вещество для таблеток, растворимые
хирургические нити).
• Из бурых водорослей получают йод.
Отдел диатомовые водоросли
Bacillariophyta
• около 5000 видов.
• Это микроскопические
планктонные водоросли.
• Обитают в пресной и
морской воде, некоторые
виды – в почве, горячих
источниках, на снегу и во
льдах.
• Таллом одноклеточный. У
некоторых видов таллом
образует колонии.
• От остальных водорослей
отличаются своеобразным
строением клеточных стенок.
Строение клеточной стенки
•
•
•
•
•
•
Клеточная стенка представляет собой
тонкий 2-х створчатый панцирь,
состоящий из кремнезема (Si O ∙ H2O).
Большая створка - эпитека- надета на
меньшую –гипотеку, как крышка на
коробку.
Сворки пронизаны большим количеством
пор и канальцев, связывающих
цитоплазму с внешней средой.
Снаружи и внутри панциря располагается
тонкий пектиновый слой.
Форма панциря разнообразна: круглая,
элептическая,треугольная.
На панцире могут образовываться
различные выросты, что позволяет
клеткам парить в воде.
Отдел диатомовые водоросли
Bacillariophyta
• Хроматофоры пластинчатые
или зернистые с
пиреноидами.
• Пигменты: хлорофилл а и с,
каротины, ксантофиллы
фукоксантин.
• Запасные питательные
вещества: масла, волютин
(полифосфатное
соединение),
хризоламинарин.
• Крахмал никогда не
образуется!
Размножение.
• Клетки диатомовых диплоидны
• Бесполое размножение: путем митоза
• После митотического деления каждая клетка
получает только одну створку, вторая створка
достраивается. Это всегда гипотека.
Поэтому при каждом делении одна из клеток
будет равна материнской, а другая
становится меньше.
• Восстановление размеров происходит в
результате полового процесса.
Половое размножение
• Рассмотрим половое размножение на примере
пинуллярии зеленой Pinullaria viridis.
• Обитает пинуллярия в иле пресных водоемов.
• Две измельченные пинуллярии приближаются друг к
другу, сбрасывают створки и обволакиваются слизью.
• В каждой клетке происходит мейоз, образуется по 4
гаплоидные клетки – тетрады.
• Затем две клетки из разных тетрад сливаются,
остальные отмирают.
• Образуется зигота, способная к росту – ауксоспора.
• Из ауксоспоры вырастает новая двустворчатая особь
нормальных размеров.
Значение диатомовых
водорослей
• После отмирания клетки диатомовых
водорослей оседают на дно. Из
клеточных стенок образуются
отложения горной породы диатомита.
Ее используют при производстве
взрывчатых веществ (динамита), теплои звукоизоляционных материалов,
шлифовальных материалов,
изготовлении фильтров (для очистки
сахара, осветления пива).
Отдел зеленые водоросли
Chlorophyta
• Самый крупный отдел.
Включает около 20 000
видов.
• Обитают преимущественно в
пресных водоемах,
некоторые виды живут в
морях, в почве, на стволах
деревьев, на снегу.
• очень разнообразны по
размерам ( от нескольких
мкм, до 8м и более),
строению таллома, способам
размножения и жизненным
циклам.
• Есть все типы строения
таллома, все типы полового
процесса и размножения.
Сходство с высшими растениями
1. Имеют тот же набор пигментов: хлорофиллы а и b ,
каротин, ксантофиллы
2. Запасным питательным веществом является
крахмал, который откладывается в пластидах.
3. Пластиды окружены двойной мембраной.
Тиллакоиды собраны в граны. Форма пластид может
быть различна. У некоторых видов есть пиреноиды.
4. Клеточная стенка состоит из целлюлозы и пектинов.
5. ЭПС более развита, чем у остальных водорослей.
• Считают, что наземные (высшие) растения
произошли от зеленых водорослей.
Систематика.
• отдел делят на 2
класса:
• Равножгутиковые
• Коньюгаты или
сцеплянки
• Класс Равножгутиковые делят на 4
порядка:
• вольвоксовые Volvocales.
• протококковые Protococcales.
• улотриксовые Ulothrichales
• сифоновые Siphonales.
Порядок Вольвоксовые
Volvocales.
• Включает
одноклеточные и
многоклеточные
водоросли,
подвижные в
вегетативном
состоянии.
Представители:
хламидомонада,
вольвокс.
Размножение хламидомонады
Порядок Протококковые
Protococcales.
•
•
•
•
Относятся одноклеточные и
колониальные водоросли, неподвижные
во взрослом состоянии. Подвижны только
зооспоры и гаметы. У некоторых половой
процесс утрачен. Обитают в пресных
водоемах и почве.
Представители:
Хлорококк Chlorococcum –
одноклеточный организм округлой
формы. Встречается в виде зеленого
налета на коре деревьев, заборах, в
почве, иногда сожительствует с грибами.
Хлорелла Chlorella– обитает в пресных
водоемах, морях, почве, коре деревьев.
Половой процесс отсутствует.
Размножается бесполым путем, очень
быстро. Содержит большое количество
белков, жиров, витамины В, С, К.
Культивируется для получения корма для
животных.
Порядок Улотриксовые
Ulothrichales.
• Относятся нитчатые
многоклеточные,
прикрепленные к
субстрату формы.
• Таллом состоит из
одного ряда клеток.
• Половой процесс у
большинства
изогамный.
Представители:
• Улотрикс опоясанный
Ulothrix zonata – нитчатая
неветвящаяся водоросль,
распространенная в реках,
• прикрепляется к субстрату
бесцветной базальной
клеткой.
• При бесполом размножении
образуются 4-х жгутиковые
зооспоры.
• Половой процесс изогамный.
• Таллом гаплоидный.
• Редукция зиготическая.
• Кладофора Cladophora –
таллом нитчатый
ветвящийся, состоит из
крупных многоядерных
клеток.
• Хроматофор
цилиндрический,
продырявленный, содержит
много пиреноидов.
• Бесполое размножение 4-х
жгутиковыми зооспорами.
• Половой процесс изогамный.
• Характерна изоморфная
смена поколений
Порядок Сифоновые
Siphonales.
• таллом нерасчлененный на
клетки.
• Внешне имитирует
листостебельное растение.
• Представитель: Каулерпа
Caulerpa prolifera морская
водоросль.
• Таллом стелющийся по
субстрату, внешне напоминает
корневище с придаточными
корнями и листьями.
• Таллом диплоидный.
• Размножается вегетативно и
половым путем (изогамия).
Класс Коньюгаты
Conjugatophyceae.
• Относятся
одноклеточные и
нитчатые
водоросли.
• Половой процесс коньюгация.
• Жгутиковые стадии
отсутствуют.
Представители:
Спирогира
Spirogyra.
Отдел Харовые Charophyta
• около 200 видов.
• Это довольно крупные
бентосные формы до 1м.
• Таллом многоклеточный,
гаплоидный, сложно
устроенный, имитирует
высшие растения,
напоминает побег хвоща
• Хроматофоры в виде зерен,
без пиреноидов
• От нижней части стебля
отходят корневидные
отростки – ризоиды,
внедряющиеся в грунт.
• Представитель:
Chara fragilis.
Размножение
•
•
•
•
•
•
•
•
Бесполое размножение зооспорами
отсутствует.
Вегетативно размножается с помощью
клубеньков, возникающих из нижних
стеблевых узлов.
Половой процесс оогамный.
Половые органы – оогонии и антеридии многоклеточные, находятся в узлах.
Оогонии образованы одной крупной
яйцеклеткой, сидящей на короткой ножке.
Она окружена пятью стерильными клетками
коры. Концы этих клеток на верхушке
оогония образуют коронку.
Антеридий имеет вид шарика, сидящего на
короткой ножке, расположен обычно рядом с
оогонием.
После оплодотворения образуется зигота.
После периода покоя происходит мейоз и
формируется новая особь.
