Вконтакте Одноклассники Фейсбук Гугл+ Английский Испанский Итальянский Русский Украинский

Реклама

Водоросли – определение, классификация, строение, применение (название на латинском языке - Аlgае)



Водоросли – определение, классификация, строение, применение (название на латинском языке - Аlgае)

Определение, терминология

Водоросли (Аlgае) – это чрезвычайно разнообразна и многочисленна (более 35 тыс. Видов) экологическая группа фотоавтотрофных организмов, тело которых слоевище, или таллом (греч. Thallуs - побег, зеленая ветка), не расчлененное на органы, а жизнь связана в основном с водной средой. Всесторонним изучением водорослей занимается наука альгология, или фикология.

Биологическая роль водорослей

Водоросли участвуют в общем круговороте веществ в природе как фотосинтезирующие организмы. Производительность водорослей в морях и океанах в 6-9 раз больше, чем высших растений на суше. За год морские водоросли создают в ¼ всех органических веществ планеты. Геохимическая роль водорослей связана прежде всего с круговоротом кальция и кремния, с процессами формирования почвы, камней, островов, архипелагов, горных пород, ископаемых минералов, полезных ископаемых. Вместе с бактериями водоросли обеспечивают самоочищение воды, связывают свободный азот, способствуют накоплению органических остатков, образованию гумуса, улучшению аэрации, состава и структуры почвы. Антибиотики, которые выделяются в воду водорослей (хлорелла, сценедесмус, пандорина, хламидомонас, гематококус, зигнема, ризоклониум, едогониум, спирогира, кладофора), подавляют размножение бактерий. Отрицательное значение имеет способность водорослей накапливать металлы и радиоактивные изотопы, а также вызывать «цветение воды» - массовое развитие, отмирание и загнивание планктонных водорослей, сопровождающееся уменьшением в воде содержания кислорода и увеличением углерода, фосфора, азота, серы, интенсивным размножением бактерий , накоплением токсинов водорослей, которые могут вызвать отравление. Проникновение в легкие человека диатомовой пыли может вызвать хронический бронхит, пневмосклероз, силикоз.

Применение водорослей

Использование водорослей и их метаболитов осуществляется по многим направлениям, в т.ч. как источников промышленного сырья, БАВ, фармпрепаратов, продуктов питания, парфюмерно-косметических средств, новых объектов биотехнологии. Тело водоросли (слоевище) богато полноценные белки (20-70% сухой массы), растворимые углеводы, аминокислоты, жиры, витамины (С, А, D, B1, B2, B3, B9, B12, PP, E), пигменты, микроэлементы, соли йода и брома, стеролы, ферменты и др. БАС. За высокую питательность, вкус, цвет и консистенцию съедобных водоросли относят более 170 видов отделов Chlorophyceae (Monostroma, Caulerpa, Enteromorpha, Ulva), Phaeophyceae (Laminarиa, Undaria, Alaria, Eisenia, Ecklonia), Rhodophyceae (Porphyra, Palmaria, Gracilaria, Gelidium, Eucheuma, Gigartina, Chondrus) Cyanophyсеае (Nostoс, Spиrulina).

Лечебные свойства водорослей

Витамины, питательные и минеральные вещества водоросли играют определенную роль в профилактике заболеваний, связанных с неполноценным рационом питания. Одноклеточные водоросли используются для создания замкнутых экологических систем и питательных продуктов для космонавтов. При переработке водоросли и их образований (известняков, мела, сапропелей, диатомита, кизельгура, трепела, строматолиты, каменного угля, горючих сланцев, торфа, фосфоритов, руды и т.д.) получают минеральные элементы, питательные БАС и др. соединения и материалы (соду, полисахариды, манит, сорбит, витамины, каротиноиды, аминокислоты, белки, иммобилизованные ферменты, липиды, йод, соли брома, калия и железа, спирты, смолу, глицерин, красители, ароматизаторы, аммиак, ацетон, клетчатку, уксусную кислоту, меченые вещества, бензин, керосин, газ и т.д.).

Диатомит используют для фильтрации воды, очистка масла, мелассы. К ценных и уникальных продуктов, которые получают водоросли, принадлежат фикоколоиды (агар, каррагинан, альгиновая кислота и ее соли - альгинаты) и высокомолекулярные спирты (манит, сорбит). Агар, агароид, агароза, агаробиоза, агаропектин, каррагинан являются специфическими продуктами биосинтеза красных водорослей (родов Gracilaria, Gelidium, Ahnfeltia, Pteroсladia, Acanthoреltis, Chondrus, Phyllophora, Gigartina, Eucheuma, Iridaea, Hypnea, Furcellaria). Альгиновой кислоты и альгинаты синтезируют бури В. родов Macrocystis, Ascophylliun, Ecklonia, Durvillaea, Laminaria (см. Ламинария), Fucus (см. Фукус пузырчатый).

Некоторые водоросли (спирулина, ламинария, фукус) является ценным лекарственным сырьем, другие поставляют манит, который включается в состав лекраственных препаратов и продуктов для диабетиков; по отдельным видам морских водорослей получают заменители крови, антибиотики, адаптогены и иммуностимуляторы, препараты для лечения при гипертиреозе, лучевой болезни, сердечно-сосудистых, желудочно-кишечных, онкологических заболеваниях (Sargassum, laminaria), ожирении, запорах и др. Ламинарии тампоны используют в акушерстве. Лечебные грязи, в состав которых входят водоросли и донные отложения сапропеля, применяют в бальнеологии (на территории Украины источниками грязей является Мойнакское озеро возле Евпатории и Хаджибейский лиман под Одессой).

Водоросли в народной медицине

В народной медицине водоросли применяют при лечении атеросклероза, рахита, цинги, гипертонии, золотухи, ревматизма, глистной инвазии, болезней щитовидной и поджелудочной железы, кашля, воспалений, ран, подагры, кишечных и венерических заболеваний и тому подобное.

В судебной медицине при экспертизе утопленных иногда прибегают к диатомовому анализу. Водоросли используют в фотобиотехнологии и управляемом биосинтезе различных органических соединений.

Водоросли и охрана окружающей среды

Культивирование водорослей на стоковых водах способствует экономии природных ресурсов, охране окружающей среды, получению дополнительных источников энергии и удобрений. Промышленное культивирование морских водорослей родов Porphyra, Laminaria, undaria, Chlorella, Spirulina широко развито в Японии, Китае, США, Канаде, Мексике, Франции, Дании, на Филиппинах, в Юго-Восточной Азии.

Систематика водорослей

В систематическом отношении водоросли - гетерогенная группа отделов, связанных с различными группами бесцветных гетеротрофных организмов, от которых они взяли начало.

Об этом свидетельствуют разногласия между различными группами водорослей в способах размножения, жизненных циклах, особенностях чередование полового и бесполого поколений; существенная разница морфологических, биохимических, цитологических, молекулярных и генетических признаков (набор пигментов, ультраструктура хроматофоров, запасные продукты фотосинтеза и их локализация в клетке, строение жгутикового аппарата, форма митохондриальных крист, геномы ядра, митохондрий и пластид и т.д.). Общими признаками для всех отделов водорослей является параллелизм в развитии морфологической дифференциации тела и формах размножения, а также наличие пигментов, обусловливающие фотосинтетический тип питания (хотя в некоторых низших форм водорослей существует сочетание автотрофного и гетеротрофному питания).

Классификация водорослей

Классифицируют водорослей по традиции на основании особенностей строения клеток и талом и характера их окраски, обусловленного соотношением пигментов (хлорофиллов a, b, c, d, е, каротинов, ксантофил, фикоциан, алофикоциану, фикоэритрина, фукоксантина и др.). При таком подходе различные авторы выделяют от 5 до 12 и более отделов водорослей. Отдельные систематики, которые придерживаются точки зрения о распределении всех организмов на 4 царства (бактерии, грибы, растения, животные), относят все отделы водорослей к собственно к царству растений, кроме прокариот, принадлежащих к царству бактерий. Некоторые систематики разделяют все живые организмы на 5 царств. При этом они не считают водорослей растениями вследствие отсутствия дифференцированных тканей и органов, поэтому относят сине-зеленые водоросли к царству Monera (доядерные), а остальные отделы водорослей - к царству Protista (эукариотические одно- или многоклеточные организмы, не дифференцированы на ткани и органы). Существует и такая точка зрения, согласно которой различные группы водорослей получают ранг отдельных царств. В современных системах органического мира водоросли распределены между различными надцарствами, царствами, отделами и классами. Единого мнения о количестве отделов и классов водорослей пока нет. Большинство современных авторов придерживается системы Pascher A., по которой различается 10 классов водорослей:

Современные филогенетические схемы водорослей (Н.П. Масюк, И.Ю. Костиков) базируются на теории симбиотического происхождения водорослей от различных групп бесцветных гетеротрофных организмов. Они составлены на основе данных биохимических, онтогенетических, ультраструктурных и молекулярных исследований, учитывают ядерные и пластидних геномы и подтверждают статус 16 отделов водорослей, среди которых один отдел (Cyanophyta) относится к Prokaryota, а 15 - к Eukaryota (Euglenophyta, Chlorarachniophyta, Raphidophyta, Chrysophyta, Eustigmatophyta, Xanthophyta, Phaeophyta, Bacillariophyta, Dictyochophyta, Dinophyta, Haptophyta, Cryptophyta, Glaucocystophyta, Rhodophyta, Chlorophyta).

По уровню организации и морфологической индивидуальности водоросли разнообразны:

Выделяют следующие жизненные формы водорослей:

Водоросли распространены по всему земному шару в морях, океанах, различных континентальных водоемах и за их пределами. Некоторые зеленые и сине-зеленые водоросли являются автотрофным компонентом лишайников, некоторые (Zoochlorella) вступают в симбиоз с инфузориями, гидрами, червями.

По условиям и образу жизни водоросли разделены на две экологические группы.

  1. Водоросли, живущих в воде пресных водоемов, морей и океанов, ледников (криофитон) термальных источников (термофитон) фитобентос (греч. benthos - глубина) фитопланктон (греч. plankton - блуждающий) фитонейстон (греч. nеиn - плавать) перифитон (водоросли обрастания).
  2. Водоросли, живущих вне воды: наземные - аэрофитон и грунтовые - фитоедафон.

Клеточные водоросли разнообразные по размеру, форме, особенностям ультраструктуры, расположением в теле (базальные, апикальные, интеркалярные и т.д.), по функциям (вегетативные, половые, фотосинтезирующие, гетероцисты т.д.).

Строение водорослей

Ядерный аппарат клеток эукариотических водорослей варьирует по количеству, форме и размерам ядер, может размещаться центрично или ацентрично. Цитоплазма клеток эукариотических водорослей включая обычные мембранные структуры, а также специфические для определенных групп водорослей органеллы: центриоли, пиреноиды, подвижные ундулиподии (жгутики, гаптонемы) неподвижные отростки - псевдоцилии; фоторецепторные красный глазок или стигмы.

Вакуолярная система водорослей представлена вакуолями различного типа. Сформированы клетки чаще всего центральную вакуоль, а иногда многочисленные мелкие вакуоли с клеточным соком для некоторых водорослей характерные вакуоли с фукозаном (бурые) или с кристаллами гипса (десмидиальные). Для клеток монадного, ризоподиального, пальмелоидного типа характерны осморегулюючи пульсирующие (сократительные) вакуоли, а большинство сине-зеленых водорослей имеет газовые вакуоли (псевдовакуоли).

Покровы клеток водорослей неодинаковы. У большинства есть клеточная стенка, сложенная из аморфного гемицелюлозно-пектинового матрикса, в который погружены фибриллы из молекул целлюлозы или манана и ксилана.

Кроме этого, в состав клеточной стенки водорослей входят соли железа (вольвокс) или кальция (ацетобулярия, харовые, много видов красных), кремнезем (диатомовые водоросли), спорополенин (хлорелла, сценедесмус), протеин, кальция карбонат, хитин (кладофора, едогониум), которые иногда формируют структуру, похожую на панцирь.

У более примитивных водорослей протопласт репродуктивных клеток покрытый только плазмолеммой имеет оригинальные покровы.

Клетки сине-зеленых водорослей, их колонии, трихомы окружены слизистыми обертками или слизистым чехлом. Пластиды В. - хроматофоры - своеобразные по форме, часто имеют стигмы и пиреноиды - полуавтономную белковую систему. Пиреноиды (их бывает от 1 до 10 и более) окружены обкладкой из липидов или углеводов (крахмала, Ламинарин, пирамелону), находятся в центре хлоропласта, под его оболочкой или выступают над поверхностью.

Включениями клетки водорослей являются конечные продукты метаболизма - полифенолы, сферические структуры полифосфатов, белково-глюцидни тела (бурые, красные, зеленые), меланин, цианофицинови гранулы (сине-зеленые), галогенотерпеноиды, алкалоиды, ацетиленовый липид, мышьяк (Hizikia), токсические производные индола (Caulerpa), ацетилена тощо.Вегетативное размножение: простым делением клеток надвое; разрывом Талом на отдельные фрагменты, почкованием слоевища (некоторые виды бурых водорослей) образованием пузырьков (харовые) образованием спор или гормогонии - специальных вегетативных толстостенных клеток, наполненных питательными веществами. Чередование жизненных циклов связано с бесполым (с помощью зооспор, апланоспор, автоспор, акинеты, цист) и половым размножением (по типу изогамии, гетерогамии, автогамия, хологамия, конъюгации).

Литература

  1. Вассер С.П., Кондратьева Н.В. ., Масюк Н.П. и др. Водоросли. - М., 1989;
  2. Жизнь растений. В 6 т. / Гл. ред. А.А. Федоров. - Т. 3. Водоросли. Лишайники / Под ред. Н.Н. Голлербаха. - М., 1977;
  3. Масюк Н.П., Костиков И.Ю. Водоросли в системе органического мира. - М., 2002;
  4. Рейвн П., Эверт Р., Айкхорн С. Современная ботаника. В 2 т. - М., 1990 - Т. 1; Саут Г., Уиттик А.C. Основы альгологией. - М., 1990;
  5. Топачевский А.В. Вопросы цитологии, морфологии, биологии и филогении водорослей. - М., 1962.
^Наверх

Полезно знать