Какие водоросли не имеют жгутиковых стадий. Характеристика основных типов водорослей. Ключевые термины и понятия

ВОДОРОСЛИ

Общая характеристика

Водоросли представляют собой большую группу низших расте ний — от микроскопически малых, одноклеточных организмов до многоклеточных гигантов. Термин «водоросли» не является систе матической единицей. Под названием «водоросли» объединяется несколько систематических отделов низших растений, имеющих различное происхождение, характеризующихся сходным образом жизни и автотрофным типом питания. Как показывает название, для водорослей обычно характерен водный образ жизни.

Тело водорослей, как и других низших растений, представляет собой слоевище — таллом, не расчлененное на корень, стебель и лист, и у большинства видов имеет простое анатомическое строение. Водоросли содержат в своих клетках хлорофилл, способны фотосинтезировать. Строение клетки, тела, способы размножения различны у отдельных предста вителей этой группы растительных отделов.

Клетки большинства водорослей имеют целлюлозную оболочку; встречаются клетки, содержимое которых окружено лишь тонкой пограничной мембраной. Клеточные оболочки водорослей разнообразны по строению и химическому составу. Основой оболочки является белково - углеводный комплекс. Оболочке свойственны неоднородность, слоистость. Слои отличаются один от другого по толщине, плотности и химическому составу. Нередко оболочки пропитываются органическими соединениями (лигнином и кутином).

В оболочке имеются особые отверстия — поры. Помимо пор, оболочки клеток многих водорослей снабжены различного рода выро стами — щетинками, шипиками и чешуйками.

В протопласте клетки различают ядро и цитоплазму. У боль шинства водорослей в клетке имеется только одно ядро, но иногда их бывает 2, 3 и больше. Клетки сине-зеленых водорослей лишены оформленного ядра. Форма, размеры и местоположение ядра в клетке у разных водорослей сильно варьируют. В ядре у водорослей име ются те же структуры, что и в ядрах других растений: оболочка, ядерный сок, ядрышко, включения хроматина.

Цитоплазма состоит из основного вещества (стромы) и погруженных в него телец (органелл). Отличительной особенностью кле ток водорослей является слабое развитие эндоплазматическои сети.

В специфических органеллах — хлоропластах (названных хро матофорами) находятся тельца, богатые белковыми веществами, которые называются пиреноидами. Пиреноид окружен обкладкой в виде кольца или отдельных пластинок обычно крахмальной природы. В хлоропластах содержится зеленый пигмент хлорофилл, существующий в нескольких формах .

Кроме хлорофилла, водоросли содержат и другие пигменты, ко торые часто своим присутствием маскируют зеленую окраску водо рослей. Наиболее характерными и часто встречающимися пигмен тами водорослей, кроме хлорофилла (зеленый), каротина (желто- оранжевый) и ксантофилла (желтый), являются фикоциан, фико- эритрин и фукоксантин. Пигмент фикоциан, растворимый в воде, окрашивает водоросли в синий цвет (сине-зеленые водоросли); фикоэритрин, тоже растворимый в воде, придает красную окраску (красные водоросли); фукоксантин обусловливает бурую окраску (бурые водоросли).

Обладая пигментами, водоросли придают субстрату, на котором они поселяются, различную окраску. В Антарктиде, например, советскими учеными были открыты 3 озера с различной окраской воды: синей, зеленой и красной. Цвет воды этих озер был обусловлен наличием в них очень мелких водорослей соответствующей окраски. Ледяные берега Гренландии во многих местах с наступлением весен него потепления окрашиваются в красный (кровяной) цвет, что объясняется массовым размножением водорослей с красной окрас- кой.

Название Красного моря обязано произрастанию в большом количестве в этом море водорослей, имеющих красноватый оттенок. Различная окраска водорослей имеет приспособительное значе ние. Дневной свет к водорослям, погруженным глубоко в воду, доходит всегда в измененном составе. Вода сравнительно хорошо пропускает синие и зеленые и сильно поглощает красные и желтые лучи. На больших глубинах задержание зеленых лучей одним хлорофиллом происходит плохо, ему на помощь приходит красный пигмент, который легко поглощает зеленые лучи. Поэтому красные, или багряные, водоросли распространены на большой глубине морей.

По форме и размерам водоросли очень разнообразны. Встре- чаются микроскопически малые и достигающие огромных размеров (до 50 м и более) одноклеточные и многоклеточные формы. Переходную ступень между ними занимают колониальные водоросли. Колонии состоят из нескольких неплотно соединенных однородных клеток. С увеличением размеров водорослей происходит и некото рая дифференциация их тела. Например, у бурых водорослей, дости гающих крупных размеров, таллом сильно расчленен. Такие водоросли прикрепляются к субстрату тонкими бесцветными нитями, которые называются ризоидами.

Существуют одноклеточные водоросли, у которых тело достигает больших размеров 0,5 м и больше. Они имеют большое количество ядер и хроматофоров. Внешне тело такой водоросли имеет расчле нение, но внутри перегородок нет, т. е. является одноклеточной. Примером такой гигантской одноклеточной водоросли может слу жить морская каулерпа.

Размножение водорослей может быть вегетативное, бесполое и половое. Вегетативное размножение осуществляется частями тела водорослей. Бесполое размножение происходит за счет образования зооспор, реже спор. Половой процесс у различных типов водорослей представлен: изогамией, гетерогамией, оогамией и автогамией.

У некоторых более высокоорганизованных водорослей (красных, бурых) наблюдается чередование полового и бесполого поколений.

Водоросли характеризуются большим разнообразием. Общее количество их видов свыше 20 тыс. Классификация водорослей очень сложна, и в настоящее время она еще не закончена. Виды объединяются в более крупные систематические единицы — роды, семей ства, порядки, классы, отделы (типы).

Все разнообразие водорослей объединяют обычно в 6...10 крупных отделов (типов), представители которых отличаются по строе нию, способу размножения, происхождению, но чаще всего пред ставители этих отделов различаются между собой по окраске.

В данном учебнике рассмотрено 6 отделов водорослей: сине- зеленые, разножгутиковые, диатомовые, зеленые, бурые и крас ные.

Водоросли имеют очень древнее происхождение, в котором много еще неясного. Нет единой точки зрения на родственные отношения между отделами водорослей. Некоторые представители их произошли, по-видимому, от более простых организмов типа жгутиковых, а сами водоросли являются предками некоторых более раз витых растений (грибы, мхи).

Представители современного разнообразного мира водорослей имеют различную древность по своему происхождению, они появились в разные геологические эры. Наиболее древними считаются сине-зеленые водоросли.

Эволюция водорослей шла от подвижных форм к неподвижным. Более примитивными и древними группами водорослей считаются те, которые проводят жизнь в подвижном состоянии; более органи зованным водорослям свойствен неподвижный образ жизни. Путь эволюции водорослей шел от простейших — одноклеточных микро скопически малых форм к многоклеточным сложным формам.

Как уже говорилось, в подавляющем большинстве водоросли живут в водной среде. Одни из них растут в соленой воде океанов и морей, другие — в реках, прудах и пресноводных озерах. Боль шое влияние на распространение водорослей по глубинам водоемов оказывает свет, поэтому в поверхностных слоях воды количество водорослей всегда больше. Морские водоросли красные и бурые часто образуют огромные подводные заросли, которые занимают десятки километров. В зависимости от местообитания водоросли делятся на 2 большие группы: бентосные и планктонные.

Бентосные, или донные, водоросли обитают, прикрепившись ко дну или подводным предметам, и образуют заросли главным образом в прибрежной полосе. Планктонные водоросли живут в воде во взвешенном состоянии, не прикрепляясь ко дну, они могут перено ситься движением воды.

Водоросли живут не только в воде, они встречаются на поверх ности почвы, в почве, на деревьях, на сваях, но всегда на увлаж ненных местах. Часто, особенно ранней весной, почвы «зацветают», или «зеленеют», что объясняется развитием колоссального коли чества микроскопически малых водорослей. «Зацветание» почвы от водорослей происходит в различных районах Советского Союза - в северных, степных и даже пустынных. Разрастаясь в большом количестве, они создают условия для развития бактерий и других микроорганизмов.

Водоросли имеют большое значение в природе и широко исполь зуются человеком.

Как автотрофные растения они перерабатывают огромное коли чество минеральных веществ и углекислого газа в органическую массу. Водоросли создают огромные запасы пищи для животного мира морей, океана и пресноводных водоемов. Так, 1 га зарослей водорослей может дать урожай, равный 100 т сырой или 10 т сухой массы.

Водоросли вырабатывают колоссальное количество кислорода.

Развитие рыбного хозяйства неразрывно связано с водорослями. Поглощая много углекислого газа и выделяя кислород, водоросли очищают водоемы.

В приморских странах (Англия, Франция, Норвегия, Ирландия и др.), особенно в Японии, водоросли широко употребляются в пищу (морская капуста и др.) и на корм скоту (в сыром, сухом и силосо ванном виде). Некоторые водоросли используют для удобрения полей.

Многие водоросли накапливают большое количество йода и брома. Йода содержится в золе водорослей около 0,2% от сухой массы. Часто водоросли являются основным источником йода. Вываривая, красные и бурые водоросли, получают ценное вещество — агар-агар, который употребляется в микробиологии как питательная среда для выращивания микроорганизмов, а также в кондитерской промышленности при изготовлении мармелада и пр.

В древние геологические эпохи диатомовые водоросли вместе с кремнеземом образовали осадочную породу — трепел, который употребляется в производстве динамита, кирпича, для полировки предметов и др.

В пресных водоемах водоросли участвуют в образовании сапропе ля, или органического ила. Сапропель содержит большое количест во органических веществ и часто используется для грязелечения. Сапропель, который содержит большое количество солей кальц ия, фосфора, железа, может быть использован на корм сельско хозяйственным животным.

Водоросли, особенно морские, могут принести и вред, когда в большом количестве покрывают подводные части корабля. При массовом отмирании водорослей происходит порча воды и, как следствие, гибель рыбы.

Отдел сине-зеленые водоросли

Сине-зеленые водоросли, или цианеи, являются наиболее примитивными и наиболее древними по происхождению организмами. На основании палеоботанических данных установ лено, что современные сине-зеленые водоросли мало чем отличаются от своих ископаемых предков. В большинстве случаев они представлены одноклеточными формами, хотя имеются и многоклеточ ные формы, собранные в колонии.

Как показывает само название этого отдела водорослей, для них характерна сине-зеленая окраска различных оттенков в зависи мости от соотношения пигментов — хлорофилла, каротина, фико- цианина и фикоэритрина.

Оболочка клетки сине-зеленых водорослей состоит из пектино- вых веществ и покрыта снаружи слизистым веществом. В их клет- ках отсутствуют морфологически обособленное ядро и хроматофоры, цитоплазма пропитана пигментами, и поэтому называется хромато плазмой.

В процессе ассимиляции вместо обычного растительного крах- мала образуется углевод гликоген (животный крахмал).

Размножаются сине-зеленые водоросли очень быстро, простым делением клеток пополам. Половой процесс размножения у них отсутствует.

По строению и характеру деления клетки сине-зеленых водо- рослей сходны с бактериями. Они, так же как и бактерии, не имеют ясно выраженного ядра, жгутиковые стадии развития у них отсут ствуют. У некоторых сине-зеленых водорослей (нитчатых) размно жение происходит участками, на которые распадаются эти водоросли. Такие участки называются гормогониями. При неблаго приятных условиях из обычных клеток образуются споры, которые покрываются утолщенной оболочкой. Она предохраняет содержимое от неблагоприятных условий, благодаря чему водоросль сохраняет жизнеспособность в течение длительного времени. При наступлении благоприятных условий споры прорастают и дают начало новой клетке.

Обитают сине-зеленые водоросли преимущественно в пресных водах — прудах, озерах, реках, но встречаются также в морях, на поверхности почвы, на скалах. Сине-зеленые водоросли могут жить как при низких температурах на снегу и льду, так и при высо ких температурах (до 80 °С) в горячих ключах. После отмирания клеток масса водорослей в виде хлопьев грязно-зеленоватого цвета всплывает на поверхность воды.

Древнее происхождение, недифференцированное строение кле ток, отсутствие оформленного ядра и полового процесса, размноже ние простым делением клетки, способность образовывать споры — все эти особенности указывают на примитивность сине-зеленых водорослей. По своему упрощен ному строению они значительно отличаются от других водоросл ей и ближе всего стоят к бактериям.

Сине-зеленые водоросли отличаются хорошей приспособ ляемостью к различным услови ям окружающей среды, что и способствовало сохранению их до наших дней без особых из менений.

Отдел сине-зеленые водоро сли объединяет около 1400 ви дов. Представителями этого отдела могут служить такие водо росли, как хроококк, осциллатория, носток и др.

Хроококк — одноклеточная водоросль шаро видной формы, иногда эти водоросли образуют как бы колонии. Часто такие водоросли собраны в группы по 2...4, разделенные тонкой перегородкой и окруженные общим довольно толстым слизи стым слоем.

Хроококк широко распространен на болотах среди водных рас тений, между кочками и среди тины.

Осциллатория — нитчатая сине-зеленая водоросль, распространенная в водоемах со стоячей водой, часто образует темно-зеленую пленку на поверхности воды или на илистом дне. Клетки этой водоросли имеют цилиндрическую форму, плотно соединены в одну нить.

Носток — нитчатая сине-зеленая водоросль, нити или цепочки ее соединены в колонии, часто шаровидной формы, размером с плод сливы. Снаружи эти колонии покрыты студенистой массой. Обитает носток по берегам прудов и озер, на влажной почве и на дне водоемов.

Некоторые сине-зеленые водоросли вместе с грибами образуют различные виды лишайников.

Отдел разножгутнковые водоросли

Разножгутиковые, или желто-зеленые, водоросли характеризуются тем, что их зооспоры имеют 2 неравных жгутика, причем короткий жгутик гладкий, а длинный — перистый. Хроматофоры желто-зеленого цвета, дисковидной формы. Одноклеточные, колониальные, нитчатые и неклеточные организмы. Примером может служить ботридиум.

Ботридиум — наиболее характерный пред ставитель разножгутиковых водорослей. Таллом представляет собой зеленый пузырек 1...2 мм в диаметре, с нижней стороны пузырька расположены бесцветные ветвистые выросты — ризоиды, которыми водоросль внедряется в почву. Это одноклеточная многоядериая водоросль. Середина пузырька заполнена клеточным соком, цитоплазма расположена постенно. Хроматофоры содержат много каро тиноидов, поэтому ботридиум имеет желтовато-зеленый цвет. Пиреноиды отсутствуют.

Размножается главным образом зооспорами, которые образуются в колоссальном количестве в середине пузырька. Обитает на сырой земле, по краям луж, образует на почве налеты темно-зеленого цвета.

Отдел диатомовые водоросли

Диатомовые, диатомеи, или кремнеземные, или бациллариевые, водоросли — чрезвы чайно разнообразные, микроскопически малые, в большинстве случаев одноклеточные организмы. Этот отдел водорослей характе ризуется своеобразным строением клеток. Клетка покрыта сплошной оболочкой в виде пектиновой, студнеобразной пленки, снаружи она охвачена кремнистым панцирем, который состоит из двух само стоятельных половинок, так называемых створок. Одна из этих ство рок покрывает другую, как крышка коробочку. Вдоль половинок панциря с обеих сторон имеется щелевидное отверстие. Через это отверстие цитоплазма клетки сообщается с внешней средой. Створ ки обладают исключительной прочностью. Они не переваривают ся животными и птицами, не разрушаются даже при накалива нии на огне. Существует свыше 5000 видов. Отличительными видо выми признаками служат форма клеток и различные утолщения на оболочках в виде рубчиков, сеток и пр.

Форма клеток отдельных видов диатомовых водорослей бывает удлиненно-квадратная, эллиптическая, круглая, звездчатая, в виде лент, спиралей и др. Клетки содержат цитоплазму, ядро и один или несколько хроматофоров. Кроме хлорофилла и фукоксантина, Хроматофоры содержат и другие пигменты желто-бурого цвета, поэтому Хроматофоры имеют желтый цвет. Крахмал в клетках диатомовых водорослей отсутствует, запасные вещества представ лены маслом.

Размножаются главным образом прямым делением, которое про ходит у них своеобразно. При делении каждая дочерняя клетка получает ядро, один хроматофор и только одну из створок оболочки, вторая створка образуется заново. Кроме прямого деления, диато мовые водоросли размножаются половым путем, когда сливаются две клетки, предварительно сбросившие оболочки.

Обитают диатомовые водоросли в морских и пресных водах, часто они являются основной составной частью планктона и служат ценной пищей для животных. Створки отмерших клеток водорослей опускаются на дно и постепенно образуют огромные отложения, известные, под названием "горная мука, диатомит, трепел.

Большие отложения диатомовых водорослей в виде диатомового и ла сосредоточены в приполярных областях океанов, около Аляски, Алеутских островов, в Охотском и Беринговом морях. Имеются они и в Балтийском море.

К диатомовым относятся пресноводная водоросль пиниуля рия, фрагилярия и табелля рия; эти водоросли образуют колонии в виде лент или цепочек; навикула растет кустовндной коло нией.

Отдел зеленые водоросли

Зеленые водоросли являются одним из наиболее разнообразных отделов водорослей", он объединяет около 5000 видов. Для представителей, этого отдела характерна зеленая окраска, которая обусловливается хлорофиллом и не маскируется какими- либо-другими пигментами. Зеленые водоросли представлены одно-клеточными, многоклеточными, колониальными формами. Зеленые водоросли имеют чаще всего нитчатое строение, нити состоят из одного ряда клеток. Клетка имеет целлюлозную оболочку, цито плазму, ядро и хроматофоры. Размножение происходит бесполым, вегетативным и половым путем зеленых водорослей обитает в воде, но некоторые из них живут и на суше, на тем.

Большинство представит илей живут на деревьях, на кам нях в сырых, затененных местах. В прудах и реках образуют тину.

Отдел зеленые водоросли делится на несколько классов, из кото рых рассмотрим равножгутиковые, или собственно зеленые, водоросли сцеплянки, или конъюгаты , и харовые, или лучицы Класс равножгутиковые Среди зеленых водо рослей этот класс наиболее обширный. Представители разнообразны по внешнему виду и внутреннему строению. Для них характерно наличие двух одинаковых жгутиков Этот класс объединяет одно клеточные и колониальные, подвижные и неподвижные формы. Класс разделяют на 8 порядков. Рассмотрим представителей 4 по рядков.

Порядок вольвоксовые . Наиболее характерными представителями порядка вольвоксоиые являются хламидомонада и вольвокс.

Хламидомонада — одноклеточная, подвижная водоросль. В большом количестве обитает в пресных мелководных водоемах — лужах, прудах, канавах вдоль дорог. При обильном размножении окрашивает воду в зеленый цвет. Представляет собой микроскопически малую клетку овальной или округлой формы. На одном (переднем) конце клетка вытянута в виде носика, на этом же конце имеются 2 равных жгутика, которые способствуют передвижению водоросли. Вся полость клетки запол нена цитоплазмой, в которой находится ядро, ближе к носику

Вольво кс, или волчок , является характерным примером колониальных форм микроскопических водорослей. Колония этой водоросли заметна невооруженным глазом, она достигает величины булавочной головки и имеет форму шара. Такая шарообразная колония вольвокса состоит из огромного количества клеток (до 50 тыс.), расположенных в один слой по периферии шара. Каждая клетка несет по 2 жгутика. Все жгутики расположены по периферии и способствуют передвижению всей колонии. Движение жгутиков всех клеток всегда согласованно. Полость шара запол нена жидкой слизью. Размножается вольвокс вегетативным и половым путем. При вегетативном размножении внутри материнской колонии (шара) образуется 8...15 дочерних колоний (шаров). При созревании дочерних колоний стенки взрослого шара разрываются и молодые колонии выходят наружу, после чего материнская коло ния погибает.

Половое размножение — оогамия — происходит только в наибо лее крупных клетках. При этом в клетках колонии вольвокса об разуются голые двухжгутиковые гаметы, сливаются лишь гаметы из разных особей водоросли.

Существует много видов вольвоксов. Все они распространены главным образом в непроточных хорошо прогреваемых пресно водных водоемах со стоячей водой — прудах, озерах, реже в реках

Хлорелла микроскопическая одноклеточная водоросль шаровидной формы. Для хлореллы характерны быстрое размножение и очень активный процесс фотосинтеза. Благодаря наличию большого количества пластид хлорелла отличается эффек тивным использованием солнечной энергии, обычные культурные растения потребляют всего 0,1% солнечной энергии при биохими ческих превращениях, а хлорелла — 2,5%, т. е. в 25 раз больше. Другое положительное качество хлореллы — очень быстрое размно жение.

Улотрикс нитчатая неветвящаяся водоросль, состоящая из одного ряда клеток. Нижняя бесцветная клетка нити имеет своеобразную удлиненную форму Этой клеткой водоросль прикрепляется к подводным предметам.

Нить улотрикса удлиняется за счет поперечного деления клеток и может неограниченно нарастать в длину. Клетки однородные, короткие, каждая из них цитоплазму, ядро, хроматоформ с пиреноидами. Размножается улотрикс главным образом бесполым путем, образуя 4-жгутиковые зооспоры. Эти зооспоры некоторое время двигаются, а затем оседают на какой-либо подводный предмет и прорастают в новую нить Половой процесс — изогамия. Причем мужские и женские гаметы внешне не различимы, но физио логически они разные и выходят из разных нитей, поэтому разные гаметы обозначаются знаком + и знаком —.

Улотрикс обитает в пресных водоемах, где им обрастают под водные предметы (камни, сваи), которые приобретают ярко-зеленый цвет.

Кладофора нитчатая зеленая водоросль. Слоевище состоит из ветвящихся нитей, образованных одним рядом многоядерных клеток, отдельные растения имеют вид подводных кустиков Клетки крупные, многоядерные, с толстой, слоистой облчкой. Встречается в пресных и соленых водах

Отдел красные водоросли, или багрянки насчи тывает более 600 родов и около 4000 видов. От других водорослей отличаются краской окраской, которая обусловливается наличием у них, кроме хлорофилла, еще двух пигментов — фикоэритрина (красного цвета) и фикоциана (сине-зеленого цвета). От соотноше ния этих пигментов зависит окраска водорослей (изменяется от красной до почти черной ). Представители отдела в подавляющем большинстве многоклеточ ные организмы сложного строения, и только наиболее примитивные имеют одноклеточное или колониальное слоевище. Чаще слоевище имеет форму кустиков, пластинок, у некоторых оно очень сильно расчленено.

Красные водоросли обитают в морях на больших глубинах, чем зеленые и бурые. Это объясняется тем, что красный пигмент способ ствует улавливанию на больших глубинах зеленых и синих лучей спектра и тем самым улучшает процесс фотосинтеза. В красных водорослях откладывается не обычный крахмал . В отличие от обычного крахмала он йодом окрашивается не в синий, а в красно- бурый цвет.

У красных водорослей отсутствуют зооспоры и сперматозоиды. Бесполое размножение у них происходит при помощи неподвижных спор. Половое размножение — оогамия, но вместо сперматозоидов образуются мужские клетки — спермации, они переносятся к яйцеклеткам водой. Яйцеклетки образуются в специальных органах — карпогонах.

_К красным водорослям относятся делессерия с талломом в виде кустика; полисифония у которой таллом имеет вид ветвящейся нити.

Отдел бурые водоросли

Для представителей отдела бурые водоросли харак терна бурая окраска, обусловленная присутствием в хроматофорах коричневого пигмента — фукоксантина. Наличие фукоксантина маскирует зеленый цвет и придает этим водорослям бурую окраску различных оттенков. Кроме фукоксантина, они содержат ксанто филл и каротин. Отдел бурых водорослей объединяет свыше 900 видов.

Бурые водоросли отличаются обычно крупным многоклеточным талломом. Самые крупные представители водорослей встречаются именно среди бурых водорослей. Некоторые из них, например мак роцистис, достигают 60 м длины, но имеются и мелкие формы вели чиной в несколько миллиметров.

Вместо крахмала в клетках бурых водорослей имеются глюко за и сахаристые вещества — манит и ламинарии, которые придают этим водорослям в вареном виде сладковатый вкус. В качестве запасного вещества они часто откладывают масла.

Таллом бурых водорослей многолетний, но листообразные пластинки отмирают ежегодно, а ранней весной нарастают вновь.

Сложное внешнее строение бурых водорослей обусловливает у них и дифференциацию в анатомическом строении (они имеют различной формы клетки). Некоторые ученые считают, что у этих водорослей имеются даже разные ткани.

Размножаются бурые водоросли различными способами. Неко торые из них размножаются примитивным половым путем — изога мией, когда сливаются 2 одинаковые по форме гаметы. У других, более развитых водорослей (ламинария) наблюдается более сложный половой процесс — оогамия, при котором крупная яйцеклетка сливается с мелкой подвижной мужской гаметой — сперматозои дом.

Бесполое размножение у бурых водорослей осуществляется зооспорами, которые образуются в большом количестве в зооспо рангиях. У бурых водорослей довольно четко выражено чередование поколений; бесполого и полового. На листовидных пластинках у этих водорослей образуются одноклеточные зооспорангии, собран ные в группы, среди которых располагаются бесплодные нити. В каждом зооспорангии образуется 16...64 и более зооспор. Зооспоры внешне одинаковы, а физиологически разные. Одни из них прорастают и образуют микроскопически малые жен ские, а другие — мужские гаметофиты. На мужских гаметофитах в дальнейшем образуются антеридии и в них по одному спермато зоиду, а на женских гаметофитах формируются оогонии, несущие по одной яйцеклетке. После слияния сперматозоида с яйцеклеткой образуется зигота, из которой развивается бесполое поколение — спорофит.

Бурые водоросли являются морскими обитателями, многие из них чаще встречаются в северных морях, нередко они образуют в морях и океанах огромные заросли. В северной части Атланти ческого океана, в Саргассовом море, в огромном количестве встре- чается род бурых водорослей — саргассум. Эти водоросли чаще всего находятся в плавающем состоянии благодаря наличию у них особых пузырей, наполненных воздухом.

Бурые водоросли считаются древней группой растений, у них обнаруживается более высокая степень дифференциации не только внешней, но и внутренней части таллома. Внешне они сходны с выс шими растениями, поэтому некоторые ботаники считают, что эти водоросли, возможно, дали начало высшим растениям.

Отдел бурые водоросли состоит из 4 порядков. Рассмотрим пред ставителей двух порядков: ламинариевые и фукусовые.

Порядок ламинариевые. Это очень крупные водоросли, достигающие иногда 60 м и больше. Таллом их сильно рассечен и, кроме того, имеет хорошо развитые разветвленные ризоиды, которыми водоросли прочно прикрепляются ко дну моря. Обитают ламинариевые в прибрежной полосе морей па глубине 5...10 м и часто образуют огромные заросли подводных «лесов».

К ламинариевым относятся род ламинария (включает 30 видов), род лессония (насчитывает 5 видов) и род макроцистис. Эти водоросли — многолетние растения, отличающиеся одно от другого строением таллома.

Отдел слизевики

Плазмодий образуется в результате слияния голых амебооб разных клеток слизевика и у некоторых видов слизевиков достигает размеров ладони человека. Он обычно окрашен в ярко-желтый цвет и обладает способностью очень медленно амебообразно пере двигаться (0,1 мм/мин). При передвижении плазмодий стремится скрыться от света и направиться к источнику влаги. Встречаются слизевики обычно в тенистых лесах; на гнилых растениях, между корой и древесиной, в трещинах пней, под опавшими листьями. Размножаются спорами.

Положение слизевиков в филогенетической системе неясно, по-видимому, они произошли от каких-то жгутиковых. Из этого отдела рассмотрим плазмодиофору.

Болезнь распространяется через почву и особенно быстро разви вается на кислых почвах.

Лекция 9. Многообразие растение. Водоросли

Систематика растений занимается изучением и описанием видов растений и распределением их по группам на основе сходства строения и родственных связей между ними, созданием классификации.

Таблица 1. Таксономические категории и таксоны на примере картофеля:

Низшие растения, или Водоросли

Общая характеристика. Водоросли – большая сборная группа фотосинтезирующих, преимущественно водных, фотоавтотрофных эукариотических растений. Для большинства водорослей характерно: в основном водная среда обитания, но большое число видов встречается и на суше (на поверхности почвы, влажных камнях, коре деревьев и т.д.).

Большинство водорослей находится в толще воды во взвешенном состоянии или активно плавает (фитопланктон ), некоторые ведут прикрепленный образ жизни (фитобентос ). Зеленые водоросли обитают в прибрежной зоне на небольшой глубине, бурые содержат пигменты, позволяющие им жить на глубине до 50 м, а набор фотосинтетических пигментов красных водорослей позволяет им обитать на глубине100-200 м, а отдельные представители обнаружены на глубине до 500 м.

Тело водорослей может быть одноклеточным, колониальным или многоклеточным. Если это многоклеточный организм, то его тело не дифференцировано на органы и ткани и называется таллом , или слоевище . У сложно организованных водорослей может наблюдаться элементарная дифференцировка тела, имитирующая органы высших растений – появляются ризоиды, стеблевидные и листовидные образования.

Строение клеток. Клетки большинства водорослей имеют клеточную стенку, образованную целлюлозой и пектином (только у примитивных подвижных одноклеточных и колониальных водорослей, у зооспор и гамет клетки ограничены лишь плазмалеммой), клеточная стенка почти всегда покрыта слизью. Протопласт клеток состоит из цитоплазмы, одного или нескольких ядер и хроматофоров (пластид), содержащих хлорофилл и другие пигменты; в хроматофорах имеются особые образования – пиреноиды – белковые тельца, вокруг которых накапливается крахмал, образующийся в процессе фотосинтеза. Вакуоли, как правило, хорошо развиты; иногда (особенно в подвижных клетках) имеются особые сократительные вакуоли; большинство подвижных водорослей имеют жгутики и светочувствительное образование – глазок, или стигму, благодаря которому водоросли обладают фототаксисом (способностью к активному движению всего организма по направлению к свету).

Размножение бесполое и половое, бесполое размножение осуществляется с помощью зооспор (подвижных) или спор (неподвижных). Бесполое размножение также может осуществляться с помощью вегетативного размножения путем фрагментации таллома, деления клеток одноклеточных водорослей, у колониальных водорослей – за счет распада колоний.

Половое размножение происходит путем образования множества специализированных половых клеток – гамет и их слияния (оплодотворения), что представляет собой половой процесс. В результате слияния образуется зигота, которая покрывается толстой защитной оболочкой. После периода покоя (реже сразу же) зигота прорастает в новую особь, образующуюся в основном путем мейотического деления (зиготическая редукция). Этим завершается половое размножение. Формы полового процесса водорослей – изогамия, гетерогамия, оогамия. Для некоторых водорослей половой процесс осуществляется в форме конъюгации . У высокоорганизованных водорослей гаметы развиваются в специальных органах полового размножения: яйцеклетки – в оогониях , сперматозоиды – в антеридиях . У диплоидных водорослей происходит спорическая редукция – мейоз происходит при образовании зооспор, из которых развиваются гаметофиты . Гаметофиты митотически образуют гаметы, и при образовании зиготы образуется диплоидная водоросль, формирующая споры – спорофит . У гаплоидных водорослей споры и гаметы могут развиваться в клетках одной и той же особи, митотически.

Происхождение водорослей обычно связывают с поглощением эукариотической аэробной клеткой цианобактерий, которые стали хлоропластами. В последнее время появилась гипотеза, которая дает объяснение, почему у различных отделов водорослей хлоропласты резко отличаются по строению и набору фотосинтетических пигментов – предками хлоропластов у разных групп водорослей, возможно, были различные фотосинтезирующие бактерии. С другой стороны, одни и те же фотосинтезирующие бактерии могли захватываться разными организмами-носителями, находящимися на разных стадиях эволюционного развития. А сходство митохондрий у всех эукариотических организмов свидетельствует о том, что митохондрии произошли от единого предка, наиболее близкого к современной аэробной несерной пурпурной бактерии и симбиоз анаэробного гетеротрофного прокариота и бактерии-окислителя сложился раньше, чем в состав симбиотического организма вошли фотосинтезирующие бактерии.

Красные водоросли, или багрянки. Одно из подцарств царства Растения. Среди багрянок встречаются как одноклеточные, так и многоклеточные нитчатые и пластинчатые водоросли (рис.). Из 4000 видов только 200 приспособились к жизни в пресных водоемах и на почве, остальные – обитатели морей. Окраска красных водорослей разнообразна, она определяется различным количественным содержанием пигментов: хлорофиллы а и d , каротиноиды и фикобиллины: красный (фикоэритрин) и синий (фикоцианин). Причем окраска водорослей различна на разной глубине, на мелководье они желто-зеленые, затем розовые и на глубине более 50 м становятся красными. Максимальная глубина, на которой находили багрянки – 500 м, где они используют сине-фиолетовые длины волн солнечного света. Чем короче длина волны, тем больше ее энергия, поэтому на самую большую глубину проникают световые волны с наиболее короткой длиной волны. Причем водолазам они кажутся черными, настолько эффективно они поглощают весь падающий на них свет, красными они выглядят на поверхности. Пигменты сосредоточены в хроматофорах, имеющих вид зерен или пластинок, пиреноидов нет.

Клеточная стенка – пектиново-целлюлозная, способная к сильному ослизнению, в результате чего у некоторых водорослей весь таллом приобретает слизистую консистенцию. В стенках у многих может откладываться углекислый кальций (СаСО 3) или магний (MgCO 3).

Продуктом ассимиляции является багрянковый крахмал, по строению близкий к гликогену. В отличие от обычного крахмала при окрашивании йодом он приобретает буро-красный цвет.

Наблюдается чередование полового (гаплоидного, n) и бесполого (диплоидного 2n) поколений. Бесполое размножение красных водорослей осуществляется с помощью гаплоидных безжгутиковых спор , развивающихся мейотически в спорангиях (спорическая редукция). Для багрянок характерен оогамный половой процесс.

Из спор развиваются гаметофиты, на гаметофитах образуются безжгутиковые мужские и женские гаметы. Большинство багрянок – двудомные растения. Из зиготы развивается диплоидный спорофит. Гаметофит и спорофит по внешнему виду неразличимы. Вегетативное размножение частями таллома характерно лишь для низкоорганизованных багрянок.

Отсутствие жгутиковых форм – характерный признак багрянок. Предполагают, что багрянки произошли от эукариот, еще не имеющих жгутиков, на этом основании их выделяют в отдельное подцарство.

Багрянки имеют большое практическое значение. Из них получают агар-агар, использующийся в кондитерской и микробиологической промышленности, многие из них являются сырьем для получения клея. Из золы багрянок получают йод и бром. Некоторые красные водоросли используются на корм скоту. В Японии, Китае, на островах Океании и в США багрянки используются в пищу. Порфира считается деликатесом. Красная водоросль хондрус используется для получения каррагенов – особых полисахаридов, подавляющих размножение вируса СПИДа.

Отдел Бурые водоросли. Отдел включает около 1500 видов многоклеточных, преимущественно макроскопических (до 60-100 м) водорослей, ведущих прикрепленный (бентосный ) образ жизни. Чаще всего они встречаются в прибрежных мелководьях всех морей и океанов, иногда вдали от берега (например, в Саргассовом море).

Строение. Талломы бурых водорослей имеют наиболее сложное строение среди водорослей. Одноклеточные и колониальные формы отсутствуют. У высокоорганизованных клетки таллома отчасти дифференцируется, образуя тканеподобные анатомические структуры (например, ситовидные трубки с косыми перегородками). В результате этого происходит образование “стеблевой” и “листовой” частей таллома, выполняющих неоднородные функции. В субстрате водоросли закрепляются с помощью ризоидов.

Клетки бурых водорослей одноядерные с многочисленными хроматофорами, имеющими вид дисков или зерен. Бурая окраска водорослей обусловлена смесью пигментов (хлорофилла, каротиноидов, фукоксантина). Основным запасным веществом является ламинарин (полисахарид с иными, чем у крахмала, связями между остатками глюкозы), откладывающийся в цитоплазме. Клеточные стенки сильно ослизняются. Слизь помогает удерживать воду и тем самым препятствует обезвоживанию, что важно для водорослей приливно-отливной зоны.

Размножение половое и бесполое. Формы полового процесса различны – изогамия, гетерогамия, оогамия. Происходит чередование бесполого поколения – спорофита и полового – гаметофита. Спорофит и гаметофит по размеру и форме могут быть как одинаковыми, так и различными. Бесполое размножение происходит с помощью многочисленных двужгутиковых зооспор, мейотически образующиеся в одноклеточных, реже многоклеточных зооспорангиях спорофита. На гаметофитах (n ) образуются оогонии и антеридии, в которых образуются гаметы, из зиготы развивается спорофит. Вегетативное размножение осуществляется частями таллома.

Ламинария. Представители рода ламинария известны под названием «морская капуста» (рис.). Они широко распространены в северных морях. Зрелый спорофит ламинарии диплоидное растение длиной от 0,5 до 6 и более метров.

Слоевище ламинарии имеет одну или несколько листоподобных пластинок, располагающихся на простом или разветвленном стеблевидном образовании, прикрепленном к субстрату ризоидами. Стеблевидное образование с ризоидами многолетнее, а пластинка ежегодно отмирает и весной вновь отрастает.

Размножение. На поверхности пластинок формируются зооспорангии, в которых в результате мейотического деления образуются гаплоидные зооспоры с двумя неравными жгутиками. Они прорастают в микроскопические нитчатые гаметофиты, на которых образуются половые органы. Половой процесс оогамный. В оогониях и антеридиях образуется по одной гамете, после оплодотворения из зиготы без периода покоя развивается диплоидный спорофит. Таким образом, у ламинарии наблюдается чередование поколений, диплоидный спорофит образует зооспоры из которых развиваются гаплоидные гаметофиты.

Типичными представителями бурых водорослей является ламинария, макроцистис (его громадное слоевище достигает в длину 50-60 м), фукус, саргассум.

Значение. Будучи автотрофами, водоросли являются основными продуцентами (т. е. производителями) органических веществ в различных водоемах. Кроме того, в процессе фотосинтеза они выделяют кислород, создавая тем самым благоприятные условия для жизни не только водных, но и наземных организмов.

Водоросли играют огромную роль в жизни человека: являются кормом для многих промысловых рыб и других животных, служат добавками в различных питательных смесях, входят в состав комбикормов, некоторые водоросли (например, «морскую капусту») употребляют в пищу. Клетки бурых водорослей поверх целлюлозной клеточной стенки порыты пектином, состоящим из альгиновой кислоты или ее солей, при смешивании с водой (в соотношении 1/300) альгинаты образуют вязкий раствор. Альгинаты используются в пищевой промышленности (для получения пастилы, мармеладов), в парфюмерии (изготовление гелей), в медицине (для изготовления мазей), в химической промышленности (для изготовления клеев, лаков). В текстильной промышленности с их помощью делают невыцветающие и непромокаемые ткани. Морские водоросли используются для получения удобрений, йода, брома. Йод получали раньше исключительно из бурых водорослей. Бурые водоросли могут служить в качестве индикатора местонахождения золота, они способны накапливать его в клетках слоевища.

Отдел Зеленые водоросли. Отдел объединяет около 13000 видов, это самый обширный отдел среди водорослей. Отличительная особенность – чисто зеленый цвет слоевищ, вызванный преобладанием хлорофилла над другими пигментами. Распространены повсеместно. В основном зеленые водоросли обитатели пресных водоемов, но есть и морские виды. Некоторые обитают на суше. Есть виды, вступающие в симбиотические отношения с некоторыми животными (губками, кишечнополостными, оболочниками) и грибами.

Строение . Зеленые водоросли представлены одноклеточными, колониальными и многоклеточными формами. Клетки имеют плотную целлюлозно-пектиновую оболочку, бывают одноядерные или многоядерные. В цитоплазме находятся хроматофоры с пигментами (в основном хлорофилл a и b,). Кроме хлорофилла, в клетках содержатся каротиноиды, ксантофиллы и другие пигменты. Хлоропласты сходны с пластидами высших растений. Основным запасным веществом, накапливающимся в хлоропластах, является крахмал .

Размножение . Большинство зеленых водорослей гаплоидны. Редукция генетического материала происходит после образования зиготы – зиготическая редукция. Но часто наблюдается и правильное чередование полового и бесполого поколений.

Зеленые водоросли считаются предками наземных растений: они имеют одинаковые наборы фотосинтетических пигментов, оболочка содержит не только целлюлозу, но и пектин, запасное вещество – крахмал, накапливаются запасные питательные вещества не в цитоплазме (как у других водорослей), а в пластидах.

Род Хламидомонада. В переводе – единичный организм, покрытый древнегреческой одеждой – хламидой. Одноклеточные водоросли, обитающие преимущественно в мелких водоемах, загрязненных органическими веществами (рис. 60). Клетка хламидомонады имеет округлую или овальную форму, передний конец заострен в виде носика. На нем располагаются два одинаковой величины жгутика, с помощью которых хламидомонада передвигается в воде. Оболочка клетки пектиново-целлюлозная. В центре клетки располагается чашевидный хроматофор с крупным пиреноидом. В углублении хроматофора располагается ядро. На переднем конце клетки находятся стигма и пульсирующие вакуоли.

Размножается хламидомонада как бесполым, так и половым путем. В жизненном цикле преобладает гаплоидная фаза. При бесполом размножении хламидомонада теряет жгутики, содержимое клетки дважды делится митотически, и под оболочкой материнской клетки образуются четыре дочерние. Каждая из них выделяет оболочку и образует жгутики, превращаясь в зооспоры.

Под воздействием ферментов оболочка материнской клетки разрушается, и они выходят наружу, растут до размеров материнской и тоже переходят к бесполому размножению (рис. 61).

Половой процесс у многих видов хламидомонады происходит по типу изогамии. Содержимое клетки делится, образуя от 8 до 32 гамет, которые напоминают зооспоры, но имеют более мелкие размеры. Клетки с разным половым знаком сливаются. Образовавшаяся зигота покрывается толстой оболочкой и впадает в период покоя. При наступлении благоприятных условий содержимое зигоспоры делится мейотически, и образуются четыре гаплоидные клетки, каждая из которых становится новой хламидомонадой.

У некоторых видов половой процесс осуществляется по типу гетерогамии (обе гаметы подвижны, но женская крупнее мужской) или по типу оогамии (женская гамета неподвижна).

Род Хлорелла. Одноклеточная водоросль, обитающая в пресных и соленых водоемах, на влажной почве, скалах (рис. 62). Клетки имеют вид зеленых шариков диаметром до 15 мкм. Жгутиков, глазков и сократительных вакуолей не имеет. В клетках имеется чашевидный хроматофор с пиреноидом или без него и мелкое ядро. Хлорелла гораздо более эффективно использует солнечную энергию для фотосинтеза. Если наземные растения используют около 1% солнечной энергии, то хлорелла – 10%. Половой процесс для этой водоросли не известен. Бесполое размножение происходит путем митотического деления содержимого материнской клетки дважды или трижды. В результате деления формируется четыре или восемь неподвижные споры (апланоспоры ). После разрыва материнской оболочки клетки выходят наружу, увеличиваются в размерах и делятся вновь.

Хлорелла интересна тем, что ее клетки содержат большое количество питательных веществ – 50 полноценных белков, жирные масла, углеводы, витамины А, В, С и К и даже антибиотики (причем витамина С в ней в 2 раза больше, чем в соке лимона). Она размножается так интенсивно, что за сутки происходит тысячекратное увеличение числа ее клеток.

Хлорелла стала первой водорослью, которую человек стал выращивать в культуре. Она использовалась в качестве экспериментального объекта для изучения некоторых этапов фотосинтеза. В некоторых странах (США, Япония, Израиль) созданы опытные установки для выращивания хлореллы и изучалась возможность использования хлореллы как источника питания для человека. Японцы научились перерабатывать хлореллу в белый порошок, богатый белками и витаминами. Его можно добавлять в муку для выпечки хлебобулочных изделий. Кроме того, хлорелла используется как источник дешевых кормов для скота и при биологической очистке сточных вод.

Класс Улотриксовые. Многоклеточные водоросли, слоевище которых нитевидное или пластинчатое. Наиболее известные представители относятся к роду Улотрикс и роду Ульва. Неветвящиеся нити улотрикса, прикрепляясь к подводным предметам – камням, сваям, корягам и т.д., образуют зеленые дерновинки. Все клетки (за исключением вытянутой в длину бесцветной ризоидальной клетки, с помощью которой происходит прикрепление водоросли) имеют сходное строение. В центре клетки находится ядро и хроматофор, имеющий форму незамкнутого кольца. В хроматофоре находится несколько пиреноидов. Рост нити в длину происходит за счет деления клеток в поперечном направлении. Произрастает в быстротекущих реках, ведет прикрепленный образ жизни (рис. 65).

При благоприятных условиях улотрикс размножается зооспорами, имеющими по четыре жгутика. Они образуются в четном количестве (2, 4, 8 и более). Зооспоры бывают разных размеров – крупные и мелкие. Способность к активному перемещению зооспор способствует расселению улотрикса. Половой процесс происходит по типу изогамии. Отдельные клетки нити превращаются в гаметангии, в которых образуются двужгутиковые гаметы. При слиянии гамет образуется четырехжгутиковая зигота. Затем она отбрасывает жгутики и переходит в состояние покоя.

В дальнейшем зигота редукционно делится, давая начало четырем клеткам, каждая из которых образуется новую нить.

Важная эволюционная линия связана с переходом от нитчатого слоевища к пластинчатому. Именно такая форма слоевища у представителей рода Ульва (морской салат). Внешне ульва напоминает тонкий зеленый лист целлофана, ее слоевище до 150 см состоит из двух слоев клеток. Для ульвы характерно чередование поколений, причем диплоидный спорофит и гаплоидные гаметофиты внешне не отличаются. Такое чередование поколений называется изоморфным .

Род Спирогира. Зеленые нитчатые водоросли длиной до 8-10 см (рис. 63). Многочисленные виды спирогир обитают в пресных водоемах, в стоячей воде. Скопления нитей спирогиры образуют тину. Нити неветвящиеся, образованные одним рядом цилиндрических клеток. Жгутиковые стадии отсутствуют.

В центре клеток находится крупное ядро. Оно окружено цитоплазмой, расходящейся в виде тяжей от центра клетки к периферии. Здесь они соединяются с постенным слоем цитоплазмы. Тяжи пронизывают крупную вакуоль. В клетках находятся лентовидные, закрученные в виде спирали хроматофоры. Они располагаются постенно с внутренней стороны оболочки. У разных видов спирогиры количество хроматофоров колеблется от 1 до 16. В хроматофорах в большом количестве располагаются крупные бесцветные пиреноиды. Снаружи водоросль окружена слизистым чехлом.

Рис. . Лестничная конъюгация спирогиры

Рост водоросли в длину осуществляется путем поперечного деления клеток. Размножается спирогира бесполым и половым способом. Бесполое размножение осуществляется частями нитей при их случайном разрыве.

Половой процесс осуществляется путем конъюгации (рис. 64). Конъюгация может быть лестничной и боковой. При лестничной конъюгации две нити располагаются параллельно друг другу. У рядом расположенных клеток образуют куполообразные выросты, растущие навстречу друг другу.

В месте соприкосновения перегородки, разделяющие клетки, растворяются, и образуется канал, связывающий обе клетки. Содержимое одной клетки (мужской) округляется и перетекает по трубке в другую (женскую), и их содержимое (в первую очередь ядра) сливается. При боковой конъюгации оплодотворение происходит в пределах одной нити. При этом наблюдается слияние протопластов двух рядом расположенных клеток.

У всех гетероконтов похоже устроен жгутиковый аппарат. Имеется 2 жгутика, причем на одном из них есть очень характерные трубчатые трехчленные перистые выросты, или волоски – мастигонемы. Именно наличие двух неравных жгутиков послужило основанием для того, чтобы назвать эту обширную группу водных организмов разножгутиковыми водорослями , или гетероконтами . Помимо различий в длине, жгутики различаются и морфологически: главный жгутик состоит из оси и перисто расположенных на ней мерцательных волосков, боковой жгутик гладкий бичевидный. Сходен также состав пигментов – хлорофиллы а и с и многочисленные каротиноиды, а также строение хлоропластов. Хлоропласты окружены четырьмя мембранами, причем две наружные мембраны связаны с эндоплазматической сетью клетки.

В составе отдела Гетероконтные (Разножгутиковые) водоросли объединяют несколько групп водорослей в ранге класов: Бурые, Золотистые, Желтозеленые., Рафидофитовые, Синуровые, Феотамниевые, Евстигмовые, некоторые ранее рассматривались как самостоятельные отделы.

Класс Бурые водоросли – Phaeophyceae (Fucophyceae )

Название класса «бурые водоросли» отражает окраску их таллома (от греч. р haios – смуглый). Окраска обусловлена наличием большого количества бурых и желтых пигментов – помимо хлорофиллов а и с и β -каротина в их хлоропластах имеется избыток ксантофиллов, особенно фукоксантина.

Многоклеточные, преимущественно крупные морские водоросли, особенно широко распространенные в холодных водах обоих полушарий. Ни одноклеточные, ни колониальные формы среди бурых водорослей неизвестны. Известно около 1,8 тыс. видов.

Строение клетки . Клетка у видов бурых водорослей эукариотная: она имеет оформленные органеллы с собственными мембранами: ядро, митохондрии, пластиды и др. Зеленые пигменты – хлорофиллы а и с – маскируются дополнительными: оранжевыми каротинами и желто-коричневыми ксантофиллами; из последних преобладает фукоксантин. В клетках бурых водорослей встречается от одной до многих пластид. Поверх наружной клеточной мембраны клетки бурых водорослей обычно вырабатывают жесткую клеточную стенку.

Ядро чаще всего одно, но иногда ядер несколько. У некоторых представителей по мере увеличения возраста клетки количество ядер увеличивается. Ядрышко в ядре всегда одно.

Хлоропласты вегетативных клеток бурых водорослей имеют глазок (стигму) и пиреноиды, которых бывает один или несколько; у некоторых видов пиреноиды отсутствуют. Глазок, состоящий из 30–40 липидных глобул, выполняет функцию линзы, фокусирующей свет на жгутиковое вздутие, которое является фоторецептором. Зооспоры и гаметы бурых водорослей обычно не имеют глазка. В пиреноидах откладываются запасные вещества. Хлоропласты чаще всего мелкие, дисковидные, париетальные. Их форма может быть звездчатой, лентовидной или пластинчатой. Форма хлоропластов в клетках бурых водорослей может изменяться по мере старения клетки. Оболочка хлоропласта состоит из четырех мембран, причем две наружные мембраны связаны с ЭПС -эндоплазматической сетью клетки.

Целлюлоза, из которой состоит стенка клеток бурых водорослей – ее иногда называют альгулезой, по свойствам отличается от целлюлозы высших растений. Кнаружи от целлюлозной стенки располагается сильно ослизняющийся пектиновый слой, образованный в основном альгиновой кислотой и ее солями и соединениями с белковыми веществами. Альгиновая кислота также обнаружена только у бурых водорослей.

Общая характеристика.

Все бурые водоросли являются фототрофами . Продукты фотосинтеза - специфический углевод хризоламинарин, спирт маннит и липиды. Липиды накапливаются в виде капель масла. Хризоламинарин откладывается вне хлоропласта: он располагается в специальных вакуолях в цитоплазме около пиреноида. Маннит выполняет резервную, а также и осморегуляторную функцию; его концентрация внутри клетки зависит от изменения солености воды.

В молодых клетках бурых водорослей содержатся мелкие и многочисленные вакуоли, которые с возрастом становятся крупнее за счет слияния. В цитоплазме расположены особые образования – физоды, которые содержат флоротаннины. Эти вещества известны только у видов бурых водорослей. Функция флоротаннинов, возможно, связана с защитой талломов водорослей от выедания животными, например, моллюсками. Флоротаннины бурых водорослей, вероятно, ингибируют поселение на поверхности таллома эпифитных водорослей и животных. Предполагается, что флоротаннины участвуют в защите от радиционного повреждения и в избирательном поглощении из водной среды ионов тяжелых металлов. Бесцветные флоротаннины на воздухе окисляются с образованием пигмента фикофеина, который придает высушенным бурым водорослям характерную темную окраску.

Строение таллома. Среди видов бурых водорослей отсутствуют одноклеточные и колониальные формы, все особи многоклеточные. Форма талломов бурых водорослей самая разнообразная. Это нити, стелющиеся или вертикально стоящие, однорядные или многорядные; массивные сплошные или черепитчато соединенные корки и корочки; тонкие слизистые пластинки или плотные кожистые пластины на стволике, простые или рассеченные; пузыри и мешки; трубки и шнуры; различным образом разветвленные тонкие кустики или мощные кусты. Прикрепление талломов осуществляется с помощью ризоидов или подошвы. Для удержания в вертикальном положении у крупных бентосных форм бурых водорослей образуются воздушные (плавательные) пузыри, заполненные газом (рис. 29).

Рис. 29. Внешний вид бурых водорослей: 1 – Фукус; 2 – Сахарина; 3 – Алария; 4 – Саргассум

Наиболее сложно среди видов бурых водорослей устроены талломы представителей порядков Ламинариевые и Фукусовые. Они имеют признаки тканевой дифференцировки со специализацией клеток таллома (рис. 30). В их слоевищах можно различить кору , состоящую из интенсивно окрашенных клеток и сердцевину , состоящую из бесцветных клеток, которые часто собраны в нити. У Ламинариевых в сердцевине образуются также ситовидные трубки и трубчатые нити. Сердцевина выполняет не только транспортную функцию, но и механическую, так как в ней находятся нити с толстыми продольными стенками. Между корой и сердцевиной у многих бурых водорослей может находиться промежуточный слой из крупных бесцветных клеток.

Рост таллома у представителей бурых водорослей чаще всего интеркалярный (вставочный) и апикальный (верхушечный), реже базальный. Интеркалярный рост может быть диффузный, или имеется зона роста. У крупных форм вставочная (интеркалярная) меристема, или активно делящаяся группа клеток, расположена в месте перехода «черешка» в «листовую» пластинку. Крупные водоросли также имеют меристематическую зону на поверхности таллома, так называемую меристодерму (своеобразный аналог камбия высших растений).

Размножение у бурых водорослей вегетативное, бесполое и половое. Гаметы формируются в многогнездных гаметангиях, зооспоры – в

Рис. 30. Внутреннее строении Ламинарии (по: Л.Л. Великанов и др., 1991): А – продольный срез стволика; Б – поперечный срез стволика; В – срез пластины с сорусами зооспорангиев

одногнездных спорангиях.

Вегетативное размножение у ряда видов бурых водорослей может осуществляться участками таллома; у видов рода Сфацелярия – выводковыми веточками (выводковыми почками); у видов рода Фукус - группой клеток на подошве, которые способны к дифференцировке в новый таллом.

Бесполое размножение бурых водорослей обычно происходит с помощью зооспор. Некоторые виды размножаются неподвижными тетраспорами или моноспорами. Споры бесполого размножения формируются в результате мейоза и последующих митозов в одногнездных спорангиях . Половой процесс – изогамия, гетерогамия и оогамия. Гаметы образуются в многогнез дных гаметангиях - особых группах клеток. В каждом «гнезде» гаметангия формируется одна гамета.

Для бурых водорослей известны половые феромоны – растворимые вещества, которые координируют активность клеток при размножении. Феромоны, которых известно по крайней мере десять, могут или стимулировать раскрытие антеридиев, или привлекать мужские гаметы к женским. Они также участвуют в изоляции видов. Полагают, что феромоны образуются у большинства видов бурых водорослей, имеющих половой процесс.

Жизненный цикл. У бурых водорослей можно выделить два основных типа жизненных циклов. Один тип – гаплодиплобионтный. Спорофиты диплоидны, т.е. все клетки содержат полный набор хромосом. Споры бесполого размножения формируются в одногнездных спорангиях. При образовании спор происходит редукционное деление – мейоз. Такая редукция называется спорической. Образовавшиеся после мейоза клетки (споры) гаплоидны, т.е. содержат половинный набор хромосом. Гаплоидные зооспоры и тетраспоры прорастают в гаплоидный гаметофит, на котором в многогнездных гаметангиях формируются гаметы. Образовавшаяся после слияния гамет диплоидная зигота прорастает в диплоидный спорофит.

Другой тип – диплобионтный; спорофиты, споры и гаметофиты диплоидны; редукционное деление происходит при образовании гамет. Такая редукция называется гаметической. После слияния гаплоидных гамет образуется диплоидная зигота и прорастает в диплоидный спорофит. Этот тип распространен у видов ламинариевых (рис. 31).

Рис. 31. Жизненный цикл Сахарины (по: Л.Л.Великанов и др., 1991): 1 – спорофит, 2 – сорусы зооспорангиев, 3 – зооспоры, 4 – гаметофит, 5 – антеридий, 6 – оогоний, 7 – антерозоид, 8 –зигота (оплодотворенная яйцеклетка)

На макроскопическом спорофите Сахарины , в верхней части пластины, полосами развиваются сорусы (группы) зооспорангиев. В зооспорангиях после редукционного деления образуются зооспоры с двумя неравными жгутиками. Они вырастают в микроскопические гаметофиты: мужские с антеридиями и женские с оогониями. Оплодотворенная антерозоидам яйцеклетка сразу, без периода покоя, прорастает и образует спорофит. На этом жизненный цикл Сахарины завершается.

Фукусовые водоросли не имеют спорофиов. У Фукуса мужские и женские половые органы – антеридии со сперматозоидами и концептакулы с оогониями и яйцеклетками – находятся в в углублениях слоевища – скафидиях , мужские и женские скафидии могут находиться на одном рецептакуле или в разных рецептакулах. Оогонии сидят на клетке-ножке, возникающей на стенке концептакула (рис. 32, В, Г). Клетка оогония претерпевает три деления

Рис. 32. Размножение Фукуса (по: B.Fott, 1971; W.Braune et al., 1974): A – фрагмент таллома (1 – воздушный пузырь, 2 – рецептакул); Б – разрез через рецептакул; В – разрез женского скафидия; Г – оогоний; Д – выход яйцеклеток; Е – разрез мужского скафидия; Ж – веточка с антеридиями; 3 – выход сперматозоидов

ядра, первое из которых редукционное, в результате чего в оогонии образуется 8 яйцеклеток.

Антеридии обычно формируются на поддерживающих их разветвленных нитях – парафизах (рис. 32, Е, Ж). В результате нескольких делений образуется 64 сперматозоида. Сперматозоиды Фукуса имеют глазок, расположенный внутри редуцированного хлоропласта. В переднем конце клетки сперматозоида 13 микротрубочек формируют хобо ток – особую структуру, которая, как предполагают, принимает участие в определении женского полового аттрактанта.

Сперматозоиды привлекаются к яйцеклетке Фукуса неспецифичным феромоном фукосерратеном, выделяемым яйцеклеткой. Узнавание же на видовом уровне связано со специфическими олигосахаридами на яйцеклетке и сперматозоиде. На поверхности яйцеклетки имеются различные участки, каждый из которых содержит особые органические соединения - гликопротеины. Сперматозоиды содержат гликопротеины, организованные в участки на мембране и выростах переднего жгутика, а также на поверхности самого сперматозоида. При встрече с яйцеклеткой сперматозоид движется над оболочкой яйцеклетки, как бы исследуя ее с помощью своего переднего жгутика. Если гликопротеины сперматозоида комплементарны гликопротеинам яйцеклетки, только тогда происходит узнавание сперматозоида яйцеклеткой.

Систематика

Ископаемые находки, которые могут иметь отношение к бурым водорослям, известны из среднего силура (около 425 млн. лет). Но эти находки имеют сходство и с некоторыми современными зелеными и красными водорослями. Ископаемые находки, которые точно можно связать с современными бурыми водорослями, относятся к миоцену (5–25 млн. лет). Эти водоросли напоминают современную Диктиоту. Возраст бурых водорослей, определяемый молекулярными методам, составляет 155–200 млн. лет.

Тип организации таллома, наличие или отсутствие пиреноида, способ роста, тип полового размножения (изогамия, гетерогамия, оогамия) и жизненного цикла используют для выделения порядков бурых водорослей. В последние годы активно пересматривается система бурых водорослей. В разных классификационных схемах в составе Класса Бурые водоросли выделяют от 7 до 14 порядков.

Порядок Десмарестиевые –Desmarestiales . Водоросли кустистые, многократно разветвленные, с вальковатым, плоским или уплощенным слоевищем. Прикрепляется к субстрату хорошо развитой подошвой. На поверхности слоевища развиваются волоски.

Род Десмарестия (рис.33) . Бурые или оливковые кусты с хорошо выраженным главным побегом, до 0.8–1 м высоты. Прикрепляется конусовидной подошвой. Ветвление 3–4 порядков, поочередное или супротивное. Ветви последних порядков плоские или, реже, нитевидные. Виды морские, обитают в арктических и умеренных широтах на глубине 1–20 м, образуют заросли или растут единично.

Рис. 33. Десмарестия (р. Desmarestia)

Порядок Ральфсиевые –Ralfsiales . Представители порядка имеют cлоевище в виде корок различного строения либо состоят из базальной корки и вертикальных побегов.

Род Аналипус. Слоевище состоит из многолетней коркообразной базальной части и отходящих от нее однолетних, оливково-бурых, вертикальных побегов высотой до 40 см. Многогнездные спорангии цилиндрические по формы и двурядные по строению. Одногнездные спорангии овальные, развиваются среди ассимиляционных ветвей. Виды рода широко распространены в морях умеренных широт, образуют пояса в приливо-отливной зоне.

Порядок Диктиотовые –Dictyotales .Для видов порядка характерен апикальный рост. В вегетативных клетках имеются многочисленные дисковидные хлоропласты без пиреноидов. Таллом паренхиматозный, характерна изоморфная смена поколений. Половой процесс оогамный, бесполое размножение неподвижными спорами, сперматозоиды имеют только один жгутик. Жгутик длинный, с перистыми выростами и направлен вперед. Представители порядка встречаются в основном в тропических и, реже, в умеренных морях.

Род Диктиота (приложение,4А) . Имеет слоевище в виде плоских оливково-бурых дихотомически разветвленных кустиков высотой до 11–15 см. Ветви линейные, узкие, не имеют жилок, с раздвоенными вершинками. Тетраспорангии образуют на поверхности слоевища сорусы, которые имеют неопределенную или кольцеобразную форму. Распространен в морских водах умеренных и теплых широт.

Порядок Ламинариевые –Laminariales . Ламинариевые имеют слоевище, состоящее из пластины, стволика и органов прикрепления – подошвы или ризоидов. Пластина ровная или морщинистая, цельная или рассеченная, с отверстиями, складками, булями или без них, длиной от нескольких десятков сантиметров до 20–40 м. Стволик разветвленный или чаще неразветвленный. Спорофиты однолетние или многолетние, возраст некоторых видов насчитывает 11–18 лет. В коре многих ламинариевых расположены слизистые каналы.

Наиболее популярными представителями бурых водорослей являются ламинарии (виды родов Ламинария или Сахарина ), или «морская капуста», которые распространены преимущественно в Тихом океане. Они встречаются от поверхности (уреза) воды до глубины 200 м. Растут ламинарии предпочтительно на глубине 2–20 (30) м, в местах с постоянным движением воды, прикрепляясь к камням и скалам. Ламинариевые образуют водорослевые пояса вдоль побережья морей Дальнего Востока. Наиболее мощные заросли встречаются у Курильских островов и у о. Хоккайдо, где сконцентрировано около половины мировых ресурсов ламинариевых. Ежегодный мировой сбор ламинариевых водорослей достигает 2 млн. тонн сырой массы, при этом более 1 млн. тонн дает производство ее марикультуры в Китае.

Род Сахарина (Ламинария). Слоевище длиной от 0,5 до 5–10 м, имеет толстую блестящую пластину, упругий стволик и густо переплетенные ризоиды, которыми прикрепляется к различным твердым субстратам. Края пластины гладкие или волнистые, на поверхности пластины часто имеются выпуклости и складки. Скопления спорангиев – сорусы – образуются на обеих сторонах пластины, после выхода спор верхняя часть пластины разрушается. Живет от двух до нескольких лет. Сахарины являются ценным промышленным сырьем и объектом марикультуры. Сахарина японская образует заросли в северной половине Японского моря, а также у южного и юго-восточного берега Сахалина и у Южных Курильских островов. Сахарина японская является наиболее ценным промысловым видом, она отличается превосходными вкусовыми качествами и используется для приготовления разнообразных блюд, консервов, кондитерских изделий.

Порядок Сфацеляриевые –Sphacelariales .

Бурые водоросли, относящиеся к этому порядку, имеют ветвящийся таллом с апикальным ростом. Ветви с волосками. Вегетативные клетки имеют многочисленные хлоропласты без пиреноидов. Жизненный цикл у большинства с изоморфной сменой поколений, половой процесс - изогамия или гетерогамия. Водоросли образуют небольшие бурые пучочки до 3 см в высоту и разветвленные кустики до 20 см в высоту на камнях или других водорослях; есть эндофитные представители.

Род Сфацелярия. Имеет тонконитчатое слоевище. Ветвящиеся нити образуют небольшие, до 0,5–3 см высоты, пучочки бурого цвета. Вегетативное размножение осуществляется специализированными, часто трехлучевыми выводковыми веточками - пропагулами . Половой процесс изогамный. Женские гаметы выделяют феромоны эктокарпен и мультифиден. Виды рода распространены в морях как полярных, так и тропических широт.

Порядок Сцитосифоновые –Scytosiphonales . Представители с кишковидным, пузыревидным, пластинчатым или мешковидным, часто полым слоевищем до 25 см длины. Кора однорядная или двурядная, внутренняя часть (стенка) слоевища образована несколькими слоями крупных клеток. На поверхности слоевища развиваются многогнездные спорангии, которые собраны в сорусы, поддерживающие их нити – парафизы и пучки волосков.

Род Сцитосифон представляет собой тонкостенные бурые трубки 4–25 см длины (приложение,4Б). Слоевище прикрепляется небольшой подошвой и имеет редкие поперечные перетяжки. Встречается в прибрежной зоне морей в различных широтах, часто образует пояса в приливо-отливной зоне.

Порядок Фукусовые –Fucales . Имеют многолетнее слоевище в виде крупных неправильно или дихотомически ветвящихся кустов до 1–3 м длины. Прикрепляются к субстрату конусовидной подошвой. Слоевища имеют побеги, филлоиды (листоподобные образования), рецептакулы (вместилища гамет) и плавательные (воздушные) пузыри. Встречаются в приливо-отливной зоне всех умеренных и арктических морей, где образуют мощные заросли – пояса.

Род Саргассум (рис. 34, В ). Обильно разветвленные оливково-бурые или коричневые кусты высотой 0,5–1,5 м. Прикрепляются конической подошвой. Филлоиды развиваются на боковых побегах, отходящих от цилиндрического стволика, в нижней и средней частях слоевища. Филлоиды кожистые, с центральным ребром, 0,2–2 см длины. Плавательные пузыри овальные или округлые, с выростами или без них. Саргассы широко распространены в умеренных и субтропических широтах от нижней литорали до глубины 10 м, где образуют плотные или разреженные заросли. В южной части Тихого океана – так называемом Саргассовом море – образуют обширные плавающие скопления, в которых размножаются только вегетативным путем.

Род Фукус (рис.32) .Слоевище кожистое, кустистое, ветвится дихотомически, высотой 25–50 см. У побережья дальневосточных морей растет несколько лет, обитает на литорали. Часто образует большие заросли на мелководье. Для видов этого рода характерно дихотомически

Рис. 34. Внешний вид фукусовых водорослей: А – Аскофиллум ; Б – Цистозира ; В – Саргассум ; 1 – рецептакул, 2 – плавательный пузырь

разветвленное слоевище с плоскими ветвями, имеющими продольное ребро, которое прикрепляется к камням конической подошвой. Фукусы используют в качестве удобрений, как корм для скота, для производства кормовой муки, альгинатов, применяют в медицине для лечения зоба, коррекции веса и т.д.

Порядок Эктокарповые –Ectocarpales . Водоросли, которые сюда относятся, микроскопические, свободноживущие, эпифиты, эпизоиты или эндофиты. Органы размножения представлены одногнездными (спорангии) и многогнездными (гаметангии) спорангиями; они длинноцилиндрические, короткоцилиндрические или стручковидные.

Род Эктокарпус . Слоевище в виде мягких бурые кустиков до 2 см высоты. Кустики образованы однорядными, поочередно, дихотомически или неправильно разветвленными нитями. Многогнездные спорангии стручковидные, образуются сбоку боковых ветвей на 1–3-клеточной ножке. Виды распространены в морях различных широт, в чистых и загрязненных водах, на литорали и в верхней части сублиторали. Эпифиты, встречаются и в обрастании антропогенных субстратов.

Экология

Подавляющее большинство представителей бурых водорослей живут в морских водоемах. В пресных водах встречаются только 8 видов. Встречаются как однолетние, так и многолетние виды, возраст которых может достигать 15–18 лет. Ламинариевые водоросли Нереоцистис и Макроцистис , которые обитают вдоль тихоокеанского побережья Северной Америки, имеют максимальные для всех водорослей размеры – до 30–40 м в длину. Они формируют гигантские подводные леса в морях Дальнего Востока. Прикрепляются бурые водоросли к самым разнообразным субстратам – скалам, камням, гравию, раковинам и панцирям морских животных, другим водорослям. Некоторые мелкие формы бурых водорослей живут внутри тканей других водорослей как эндофиты. Большинство видов бурых живут в прикрепленном состоянии. Оторванные от грунта слоевища сносятся течением в спокойные места с илистым дном и продолжают там существовать. Виды с воздушными пузырями на слоевище, оторвавшись от грунта, всплывают к поверхности, образуя большие плавающие скопления, особенно в районах со стабильным круговым течением, как в Саргассовом море. Они существуют в таких скоплениях довольно долгое время и размножаются только вегетативным способом.

Бурые водоросли широко распространены во всех морях, но наибольшего развития они достигают в морях умеренных и приполярных широт. Их крупные слоевища растут, прикрепившись к скалам и камням, а в спокойных местах у берега и на большой глубине могут удерживаться даже на створках раковин моллюсков и гравии. Встретить их можно на разной глубине – от литоральной зоны, где во время отлива они часами находятся вне воды, до 40–200 м. В районе Гавайских островов на глубине 180 м обнаружены виды рода Саргассум , а Ламинария в Адриатическом море была найдена на глубине 200 м. Самые обильные заросли бурых водорослей наблюдаются на глубине 6–15 м, где наилучшие условия освещения и постоянное движение воды, которое приносит к их слоевищам биогенные вещества и ограничивает поселение растительноядных животных - фитофагов .

Класс Золотистые водоросли – Chrysophyceae

Одноклеточные, колониальные или многоклеточные организмы, обычно имеющие жгутиковую стадию в жизненном цикле. Клетки одноядерные, с одним или несколькими хлоропластами. Стигма обычно имеется (рис. 36). Жгутиков 1–2, неравных. Сократительная вакуоль расположена в передней части клетки. Наружные покровы клеток этих организмов очень разнообразны. У наиболее примитивных видов клетка одета нежным перипластом, позволяющим образовывать выпячивания разной формы (ризоподии, псевдоподии), у других плазмалемму покрывает твердая целлюлозная оболочка, иногда сильно ослизняющаяся. Домики у золотистых водорослей бывают разной формы: вазообразные, шаровидные, яйцевидные, цилиндрические; с одним или несколькими отверстиями. Клетка прикрепляется к основанию домика с помощью гибкой ножки или может быть свободной. У некоторых хризофит на поверхности клетки откладываются известковые образования – кокколиты – различных форм и размеров, а у кремниевых жгутиконосцев имеется внутренний кремниевый скелет. Разнообразие строения этих скелетов позволяет использовать остатки тех или иных форм ископаемых силикофлагеллят для определения возраста содержащих их геологических пород. У более высокоразвитых представителей отдела золотистых водорослей клетки одеты панцирем, состоящим из кремниевых чешуек (иногда несущих шипы), или заключены в домики, через отверстия которых наружу выходят жгутики или псевдоподии.

Домики у видов золотистых водорослей вазообразные, шаровидные, яйцевидные, цилиндрические, с одним или несколькими отверстиями. Клетка прикрепляется к основанию домика с помощью гибкой ножки или может быть свободной.

Пигменты – хлорофиллы а и с , фукоксантин. Для хризофит характерно наиболее высокое среди гетероконтов содержание фукоксантина (55-93% от всех каротиноидов).

Большинство видов - пресноводные фототрофы, но встречаются гетеротрофы и фаготрофы.

Запасные вещества – хризоламинарин и масла.

Среди одноклеточных форм золотистых водорослей преобладают пресноводные планктонные виды, а среди многоклеточных – донные или эпифитные. Встречаются в основном в прохладных морский и пресных водоемах. Известно около 360 видов.

Рис. 36. Золотистая водоросль (по: С. Hoek van den et al., 1995): А – строение клетки; Б – корешковая система; В – трехчастная мастигонема; Г – срез части хлоропласта; 1 – базальное тело; 2 – базальное вздутие; 3 – короткий жгутик; 4 – стигма; 5 – ризопласт; 6 – ядро; 7 – ядерная мембрана; 8 – ядрышко; 9 – митохондрия; 10 – вакуоли; 11 – слизь; 12 – плазмалемма; 13 – везикулы; 14 – слизистое тело; 15 – липиды; 16 – хлоропласт; 17 – аппарат Гольджи; 18 – сократительная вакуоль; 19 – длинный жгутик: 20 – 1-й корешок; 21 – 2-й корешок; 22 – 3-й корешок; 23 – 4-й корешок; 24 – хлоропластный нуклеоид; 25 – ХЭС; 26 – оболочка хлоропласта; 27 – опоясывающая ламелла; 28 – ламелла; 29 – длинный латеральный филамент; 30 – короткий латеральный филамент; 31 – терминальный филамент; 32 – трубчатая часть мастигонемы

Структура таллома у золотистых водорослей чаще всего монадная, но может быть очень разнообразной: коккоидной, пальмеллоидной, плазмоидальной, амебоидной, нитчатой, паренхиматозной (рис. 37).

Рис. 37. Золотистые водоросли (по: Л.Л. Великанов и др., 1981): А – Охромонас : 1 – внешний вид, 2 – циста; Б – Хромулина : 1 – внешний вид, 2 – циста, 3 – схема образования пленки из цист; В – Динобрион : 1 – общий вид колонии, 2 – циста; Г – Хризамеба ; Д – Гиббердия ; Е – Гидрурус : 1 – общий вид колонии, 2 – кончик ветви, 3 – зооспора

Размножение . У золотистых водорослей встречаются три способа размножения: вегетативное, бесполое и половое.

Вегетативное размножение происходит путем продольного деления клетки или распада колонии на части за счет деления клеток в одном, двух или трех направлениях.

Половой процесс (клетки золотистых водорослей диплоидны) – изогамия или конъюгация. В результате полового процесса, а также в неблагоприятных условиях, образуются цисты с толстой оболочкой, содержащей кремний.

Бесполое размножение осуществляется одно- или двужгутиковыми зооспорами, которые развиваются в обычных вегетативных клетках или зооспорангиях. Половой процесс: голо-, изо- и автогамия. Гологамия – вид полового процесса, при котором две сходные с вегетативными клетки сливаются на передних концах в двуядерную зиготу, которая превращается затем в окремнелую цисту.

Систематика

Из Золотистых водорослей в конце прошлого столетия на основании результатов молекулярно-генетических исследований выделен класс Синуровые. Также выделен класс Феотамниевые – из Желтозеленых и Золотистых водорослей. Поэтому объем класса Chrysophyceae сократился и в настоящее время насчитывает около 360 видов, относимых к трем порядкам: Chromulinales, Hibberdiales и Hydrurales. Форма, строение и количество жгутиков, а также пигментный состав и структура тела являются важными систематическими признаками.

Порядок Хромулиновые – Chromulinales . К этому порядку относят организмы с монадным, пальмеллоидным и амебоидным типами дифференциации таллома. Монадные клетки с одним жгутиком, видимым в световой микроскоп.

Род Хризамеба (рис. 37, А ) – пресноводные амебоид­ные водоросли, они имеют в жизненном цикле жгутиковую стадию. Зигота превращается в стоматоцисту.

Род Хромулина (рис. 37, В ) - одноклеточные свободноплавающие организмы, обитающие преимущественно в пресных водах. Клетки голые; имеется одна или две золотистые пластиды.

Род Динобрион (рис. 37, Г) – одноклеточные и колониальные, свободноплавающие или прикрепленные представители. Монады находятся в вазообразных домиках, образованных целлюлозными микрофибриллами. Помимо целлюлозы в состав домика входит и большое количество аминокислот. Кустикообразная форма колоний связана со способом вегетативного деления клеток, когда одна из дочерних клеток, покидая родительский домик, прикрепляется к его отверстию. Вращаясь вокруг своей оси, она формирует собственный домик. Родительский домик могут покинуть и обе дочерние клетки. Клетки содержат 1-2 хлоропласта, на переднем конце клетки видны глазок и 2 сократительные вакуоли. Хризоламинарин расположен в вакуоли на заднем конце клетки. Размножение вегетативное и половое.

Порядок Гиббердиевые – Hibberdiales . Для представителей данного порядка характерен уникальный пигментный состав. Помимо фукоксантина они имеют дополнительный светособирающий каротиноидный пигмент – антераксантин.

Включает роды Гиббердия, Хромофитон, Стилоцерас, Хризопиксис, Платитека и другие.

Род Гиббердия имеет две стадии в жизненном цикле: колониальную пальмеллоидную неподвижную и одноклеточную монадную подвижную. При световой микроскопии у монадной стадии виден только один жгутик. Характерно наличие помимо фукоксантина еще одного дополнительного светособирающего каротиноидного пигмента – антераксантина.

Порядок Гидрурусовые – Hydrurales . Представители данного порядка имеют таллом с пальмеллоидным и псевдопаренхиматозным типами строения. Характерно наличие уникальных зооспор тетраэдрической формы. Глазка нет. Митоз полузакрытый.

Включает роды Гидрурус, Целлониелла, Федерматиум, Хризонебула и другие.

Род Гидрурус (рис. 37, Е ) является наиболее дифференцированным среди пальмеллоидных водорослей. Его таллом представляет собой крупные, длиной до 30 см слизистые колонии, имеющие вид коричневых разветвленных шнуров, часто издающих очень неприятный запах. В колониях можно различить главный ствол и боковые разветвления. В клетках, погруженных в общую слизь, содержится один чашевидный хроматофор и несколько сократительных вакуолей. Клетки рыхло расположены по периферии колонии и более плотно в середине. Таллом может расти только за счет деления апикальных клеток. При бесполом размножении в клетках боковых ветвей колонии формируются зооспоры. Образует шаровидные цисты. Встречается в горных ручьях и реках с холодной водой, где прикрепляется к твердым субстратам.

Класс Синуровые водоросли – Sinurophyceae

syn – вместе и ura – хвост. Эта группа организмов в 1987 г. выделена из золотистых водорослей. Объединяет монадные одиночные и колониальные организмы, иногда с чередованием в жизненном цикле монадной и пальмеллоидной стадии. Повержность пектиновых оболочек покрыта панцирем из кремниевых чешуек. Митохондрии с трубчатыми кристами, обычно расположены в цитоплазме вокруг хлоропласта. Ядро одно, хлоропластов, окруженных четырьмя мембранами, обычно два. Ламеллы трехтилакоидные, опоясывающая ламелла имеется. Основные пигменты – хлорофиллы а и с , β -каротин и фукоксантин. Стигмы нет. Клетки обычно с 2 неравными жгутиками. Длинный перистый жгутик направлен вперед. Короткий гладкий жгутик, который иногда сильно редуцирован, направлен назад.

Клетки размножаются в основном продольным делением. Колонии, распадаясь, дают начало молодым колониям. У некоторых видов описан половой процесс в форме изогамии. При этом, в отличие от золотистых водорослей, слияние изогамет у синуровых водорослей происходит не на передних, а на их задних концах. Эндогенным путем образуются окремнелые цисты с порой, сходные с таковыми у хризофит.

Преимущественно планктонные формы, пальмеллоидные стадии входят в состав бентоса. Большинство видов синуровых водорослей - фототрофные пресноводные организмы.

Систематика.

Класс Синуровые водоросли включает 7 порядков: Chloramoebales, Synurales, Rhizochloridales, Ochromonadales, Heterogloeales, Parmales и Thallochrysidales.

Порядок Синуровые – Synurales . Монадные формы, пектиновые оболочки клеток обычно покрыты панцирем из кремнеземных чешуек, сцементированных органическим веществом в цельный футляр. Хлоропластов один или два.

Род Синура (рис. 38) - пресноводные монадные формы с двумя неравными жгутиками и двумя пристеночными хлоропластами. Ядро грушевидное, расположено в передней части клетки. Позади ядра имеется одна большая вакуоль, а в задней части клетки – несколько мелких сократительных вакуолей. Клетки покрыты чешуйками, как черепицей Размножение чаще всего вегетативное, для некоторых известен половой процесс. Образует колонии (рис. 39, А). Часто во всех клетках колонии возникают цисты. При массовом развитии Синура может придавать воде неприятный запах.

Рис. 38. Внешний вид клеток Синуры

Порядок Ризохлоридовые – Rhizochloridales . Преимущественно пресноводные организмы с ризоподиальным типом дифференциации таллома, обитаю­щие главным образом в пресных водоемах.

Род Малломонас (рис. 39, Б-Г ) – одноклеточная монада с одним хорошо заметным жгутиком и одним раздвоенным хлоропластом.

Рис. 39. Внешний вид синуровых водорослей (по: Г.А. Белякова и др., 2006): А – делящаяся колония Синуры ; Б, В – образование статоспоры и Г – внешний вид Малломонаса

Клетка покрыта чешуйками черепитчато и по спирали, некоторые из них несут игловидные шипы (рис. 39, Г ). Характерно наличие статоспор (рис. 39, Б, В ). Для ряда представителей описан половой процесс - гологамия.

Род Миксохлорис обитает в клетках листьев сфагновых мхов, имеет вид крупного многоядерного плазмодия. Осенью он образует цисты, которые прорастают весной. Из них выходят зооспоры или амёбы, проникающие в пустые клетки листьев и сливающиеся там в плазмодий.

Порядок Хлорамёбовые – Chloramoebales. Включает монадных представителей. Встречаются в соленых и пресных водах.

Род Гетерохлорис – его клетки могут менять форму, образуя псевдоподии. Это явление присуще многим представителям порядка, так же как тенденция к животному способу питания. В клетке имеются несколько хлоропластов, капли масла и хризоламинарин. В передней части клетки имеются сократительные вакуоли, в центре - одно ядро. Размножается вегетативно продольным делением клетки.

Порядок Охромонадовые - Ochromonadales . Объединяет голые формы с двумя неравными жгутиками. Пресноводные и морские формы.

Род Охромонас включает одноклеточные монады с двумя неравными жгутиками. Клетки одеты только плазмалеммой. На переднем конце клетки есть сократительная вакуоль и глазок, на заднем конце - вакуоль с хризоламинарином. Размножается вегетативно, борозда деления начинается у переднего конца клетки между двумя парами жгутиковых оснований. Виды рода распространены в олиготрофных пресные водах, но имеются и морские представители.

Порядок Гетероглеевые - Heterogloeales . Включает водоросли с пальмеллоидным типом дифференциации таллома. Представители порядка встречаются чаще в пресных, чем в соленых водах.

Род Гельминтоглея обитает в солоноватых водах. Эта колония, сидящая на расширенном основании, состоит из ветвящихся слизистых тяжей. В этой слизи беспорядочно располагаются протопласты, каждый из которых окружен собственной слизистой обверткой.

Класс Феотамниевые водоросли – Phaeothamniophyceae

Название класса происходит от типового рода Phaeothamnion (от греч. phaeos – смуглый кустик). Представителей данной группы организмов выделили в отдельный класс из желтозеленых и золотистых водорослей в 1998 г. на основании анализа последовательности рибосомальных генов и особенностей ультраструктуры клетки. Для феотамниевых водорослей характерна уникальная комбинация пигментов: фукоксантина с гетероксантином, отсутствие виолаксантина.

Особенности строения клетки: отсутствие вакуолей с хризоламинарином и отсутствие эндогенных цист с кремнеземными стенками.

Класс включает одноклеточные, колониальные и многоклеточные организмы с коккоидным, пальмеллоидным и нитчатым типом структуры таллома. Жгутиковые стадии с двумя неравными жгутиками. Жгутики латеральные или субапикальные. Стигма встречается у зооспор. Пигменты – хлорофиллы а и с , β -каротин, фукоксантин, диадиноксантин, диатоксантин и гетероксантин. Основным запасным продуктом является парамилон (β -глюкан). Клеточная стенка имеется, во время клеточного деления дочерняя стенка формируется внутри родительской стенки.

У феотамниевых из основных способов размножения встречается лишь вегетативное и бесполое. Бесполое размножение осуществляется автоспорами или зооспорами. Половое размножение неизвестно.

Виды Феотамниевых водорослей обитают исключительно в пресных водах. Систематика.

В настоящее время подтверждена монофилетичность класса феотамниевых водорослей, и среди охрофит он более близок бурым и желтозеленым водорослям, чем золотистым. В настоящее время известно около 30 видов этих водорослей, относимых к одному порядку Феотамниевые – Phaeothamniales.

Род Феотамнион представляет собой прикрепленные ветвящиеся нити до 1 см высоты (рис. 40). Клетки цилиндрические, неправильные, расширенные кверху, по

Рис. 40. Внешний вид Феотамниона .

длине в два-три раза превышают ширину. При делении клеток материал родительской стенки расходуется на образование слоистого чехла, окружающего клетки нити. По периферии клетки под плазмалеммой имеются везикулы. Они напоминают физоды – образования, встречающиеся в клетках бурых водорослей. Клетки содержат от одной до нескольких дисковидных пластид оливково-бурого цвета. Зооспоры образуются по 1–2, реже по 4–8 в одной клетке. У зооспор жгутики прикрепляются сбоку. Положение жгутиковых корешков у Феотамниона напоминает таковое у желтозеленых и бурых водорослей. У него также отсутствует ризопласт. В жизненном цикле могут образовываться цисты, но в их стенках отсутствует кремний. Цисты прорастают зооспорами. Поселяется как эпифит на нитчатых водорослях. Обитает в стоячих и медленно текущих пресных водоемах.

Класс Рафидовые водоросли – Raphidophyceae

Название класса происходит от греч. rhaphid – игла. Объединяет одноклеточные двужгутиковые организмы, лишенные клеточной стенки. В основном пресноводные организмы с уплощенными клетками (рис. 41).

Клетки имеют Жгутики неравной длины, направленный вперед жгутик – перистый и длиннее, направленный назад – гладкий и короче. Переходная спираль отсутствует. Хлоропласты мелкие, многочисленные или, реже, по 1-2 в клетке, окружены четырьмя мембранами, из них две мембраны ХЭС. Тилакоиды собраны в стопки по три. Ядро крупное, окружено кольцом диктиосом. Митохондрии с трубчатыми кристами. Имеются сократительные вакуоли. Цитоплазма часто бывает вакуолизирована. Клетки голые, окружены только плазмалеммой. Стигмы (глазка) обычно нет.

Фотосинтетические пигменты – хлорофиллы а и с , β -каротин, вошериаксантин, диноксантин, диадиноксантин, гетероксантин.

Запасные продукты ассимиляции – жиры и масла, реже крахмал и хризоламинарин.

Обитают также в сфагновых болотах и других местообитаниях с кислой и нейтральной реакцией воды. Некоторые виды встречаются в солоноватых и морских водах.

Рис. 41. Внешний вид рафидовой водоросли.

Систематика.

Очень долго эту группу водорослей из-за зеленой окраски, наличия глотки и ряда других особенностей строения рассматривали как класс Хлоромонады среди Евгленовых водорослей. Но данные цитологии, биохимии, физиологии и молекулярной биологии показали их несомненную принадлежность к отделу Гетероконтные (Охрофитовые) водоросли и монофилетичность группы Рафидовых водорослей.

Известно около 25 видов из единственного порядка Хаттонелловые – Chattonellales .

Род Гетеросигма (рис. 42, А ) включает морские флагеллаты. Клетки овальной формы со жгутиками, сдвинутыми на боковую сторону, пластиды расположены по периферии клетки. Трихоцист нет. Плавают, совершая вращающие движения вокруг продольной оси тела. Могут вызывать токсичное "цветение воды" в прибрежных водах.

Рис. 42. Рафидовые водоросли (по: R. E. Lee, 1999): А – Гетеросигма ; Б – Гониостомум ; 1 – хлоропласт; 2 – мукоциста; 3 – сократительная вакуоль; 4 – трихоциста; 5 – ядро

Род Гониостомум (рис. 42, Б ) - подвижные дорсовентрально сжатые монады. Спинная сторона выгнутая, брюшная - уплощенная. Борозда на переднем конце ведет в треугольную глотку, из которой выходят два длинных жгутика; их длина сравнима с длиной клетки. Пластиды расположены по периферии клетки. Под плазмалеммой находятся трихоцисты. Обитает в пресных водах с кислотным значением рН.

Класс Евстигмовые водоросли – Eustigmatophyceae

Название класса происходит от греч. eu – «хорошо» и stigma –«метка», «пятно». Класс объединяет голые одноклеточные, реже колониальные, организмы преимущественно коккоидной структуры.

Ядро одно или несколько. Хлоропласт обычно один, окружен 4 мембранами. Жгутик обычно один передний перистый и второе базальное тело или, реже, два неравных жгутика. Стигма (глазок) имеется, расположена за пределами хлоропласта, ее гранулы без мембран.

Рис. 43. Внешний вид евстигмовой водоросли

Хлоропласт обычно единственный, крупный, многолопастной, чашеобразный или париетальный, желто-зеленого цвета. Тилакоиды собраны в ламеллы по три, опоясывающая ламелла отсутствует.

Основные пигменты: хлорофилл а, β-каротин, виолаксантин и вошериаксантин. Пиреноид обычно есть только у вегетативных форм.

Запасные вещества – масла и вещество неустановленной природы, которое откладывается в виде твердого материала вне пластид. Крахмал не образуется.

Обитают в пресных водах, реже встречаются в морях и в почве.

Систематика.

Раньше эту группу организмов относили в Желтозеленым водорослям. В настоящее время Евстигмовые водоросли рассматривают в ранге класса в отделе Гетероконтофиты. Известно около 35 видов, преимущественно пресноводных, относимых к единственному порядку Евстигмовые – Eustigmatales .

Род Евстигматос (рис. 43) – одноклеточные мелкие шаровидные водоросли. Клеточная стенка гладкая, цельная, без орнамента. Желто-зеленый хлоропласт один, лопастной, париетальный, со стебельчатыми многогранными пиреноидами. Большая центральная вакуоль с красным содержимым. Размножается 2 или 4 автоспорами или бутылеобразными зооспорами с одним входящим жгутиком, большой стигмой, расположенной за пределами хлоропласта на переднем конце, и единственным задним хлоропластом без пиреноида. Обычный компонент почвенных флор. Известен из Новой Зеландии, Австрии, Исландии, и из бассейнов Аризоны как "горчичная водоросль".

Класс Желтозеленые водоросли – Xantophyceae

К Желтозеленым относятся водоросли, хлоропласты которых окрашены в светло- или темно-желтый цвет, очень редко зеленый и лишь иногда в голубой. Окраска талломов определяется наличием в хлоропластах клеток следующих пигментов – хлорофиллов а и с , β -каротина и ксантофиллов. Преобладание последних и обусловливает своеобразие окраски желтозеленых водорослей. Кроме того, в клетках в качестве основного продукта ассимиляции накапливаются парамилон, капли масла и лишь у некоторых видов, кроме того, глыбки лейкозина и волютина. Крахмал у желтозеленых водорослей не образуется. Отличительной особенностью желтозеленых является наличие у вегетативных клеток монадной структуры и у зооспор двух неравных жгутиков. В состав клеточной стенки входят целлюлоза, глюкоза и уроновые кислоты. Клеточная стенка часто состоит из двух частей.

Размножение вегетативное, бесполое и половое.

Широко распространены в пресных водах. Редко встречаются в морских, солоноватых водах и в почве.

Ранее класс Желтозеленые водоросли назывался Трибофициевые водоросли по типовому роду Трибонема (от греч. tribon – искусный, хитрый и nema – нить). Известно около 450 видов.

Желтозеленые характеризуются значительным морфологическим разнообразием. Среди многочисленных представителей этого отдела обнаруживаются почти все основные типы структуры тела: амебоидная, монадная, пальмеллоидная, коккоидная, нитчатая, разнонитчатая, пластинчатая и сифональная (рис. 44– 46). Слоевище одноклеточное,

Рис. 44. Внешний вид желтозеленых водорослей: 1, 2 – Харациопсис , 3 – Центритрактус , 4 – Офиоцитиум

колониальное, многоклеточное и неклеточное. Клеточная оболочка плотная, пектиновая и целлюлозная, состоящая из плотно налегающих друг на друга частей или из двух створок. В оболочке откладывается кремнезем или известь. Преимущественно неподвижные формы. Среди одноклеточных видов имеются подвижные формы, лишенные плотной оболочки и снабженные жгутиками, лобоподиями и ризоподиями.

Рис. 45. Внешний вид ксантококковых желтозеленых водорослей: 1–3 – Ботридиопсис , 4 – Тетраэдриелла , 5 – Псевдостаураструм , 6 – Гониохлорис , 7, 8 – Бумиллериопсис

Большинство желтозеленых – неподвижные организмы. У подвижных особей движение может осуществляться с помощью жгутиков либо ризоподий. Клетки различной формы: шаровидные, веретеновидные, эллипсоидные, цилиндрические, тетраэдрические, серповидные, грушевидные, яйцевидные. Талломы размерами от 0.5– 1.5 мкм (Хлориделла ) до нескольких миллиметров в диаметре (Ботридиопсис ) (рис. 45, 1– 3) и до десятков сантиметров в длину (Вошерия ) (рис. 46, 3).

Рис. 46. Внешний вид желтозеленых водорослей: 1 – Трибонема , 2 – Гетеропедия , 3 – Вошерия , часть нити с оогонием и антеридием

Большинство видов желтозеленых являются фототрофами, но встречается и голозойное питание путем заглатывания бактерий и мелких водорослей. Желтозеленые водоросли широко распространены в пресных водах. Они также обычны в почве, реже встречаются в морских и солоноватоводных водоемах. Класс включает аэробионтные, планктонные, донные и перифитонные формы. Эпифиты, эпизоиты, а также внутриклеточные симбионты в клетках простейших.

Независимо от внешней структуры, внутреннее строение клетки желтозеленых водорослей однотипно. В протопласте наблюдается обычно несколько желто-зеленых хлоропластов, имеющих дисковидную, корытовидную, пластинчатую, реже лентовидную, звездчатую или чашевидную форму с цельными или лопастными краями. Окраска связана с отсутствием фукоксантина, отвечающего за золотистый и коричневый цвет у других охрофитовых. Из других пигментов у них имеются β -каротин, вошериаксантин, диатоксантин, диадиноксантин, гетероксантин. У подвижных форм на переднем конце хлоропласта обычно расположен красный глазок, или стигма. У немногих видов имеются пиреноиды полупогруженного типа. Ядро в клетке обычно одно, небольших размеров, но имеются виды и с многоядерными клетками. У некоторых видов в передней части клетки имеется одна или две сократительные (пульсирующие) вакуоли.

У монадных представителей и у подвижных стадий (зооспор и гамет) имеются два неравных жгутика. Исключением являются синзооспоры Вошерии , у которых по поверхности расположены многочисленные пары немного различающихся по длине гладких жгутиков. Короткий жгутик заканчивается акронемой. Жгутики прикрепляются на клетке субапикально. У сперматозоида Вошерии прикрепление латеральное.

У видов с амебоидной, монадной и пальмеллоидной организацией клеточная стенка отсутствует, они покрыты только цитоплазматической мембраной и могут легко менять форму. Иногда «голые» клетки находятся внутри домиков, стенки которых могут быть окрашены в бурый цвет солями марганца и железа. У подавляющего большинства форм имеется клеточная стенка, состоящая из двух частей. В составе клеточной стенки преобладает целлюлоза, а также содержатся полисахариды, состоящие в основном из глюкозы и уроновых кислот. У молодых клеток оболочка тонкая, с возрастом она утолщается. В ней могут откладываться соли железа, соединения которого окрашивают ее в различные оттенки коричневого и красного тонов. Чаще в клеточной стенке присутствует кремнезем, придавая ей твердость и блеск. Она может инкрустироваться также известью и быть различным образом скульптурирована (шипики, ячейки, бородавки, щетинки, зубчики и т.д.) У прикрепленных форм может образовываться вырост оболочки – ножка с прикрепительной подошвой.

У нитчатых форм желтозеленых водорослей с двухстворчатыми оболочками при распаде нитей клеточные оболочки разваливаются на Н-образные фрагменты. Эти фрагменты представляют собой плотно соединенные половинки оболочек двух соседних клеток (рис. 47). При росте нитей Н-образный фрагмент клеточной стенки двух соседних дочерних клеток встраивается между двумя половинками оболочки материнской клетки. В результате каждая из дочерних клеток наполовину покрыта старой оболочкой материнской клетки и наполовину – новообразованной оболочкой.

Рис. 47. Схема образования поперечной перегородки между двумя дочерними клетками у нитчатых желтозеленых водорослей (по: А.А. Масюк, 1993): А – фрагмент нити; Б – закладка пояскового кольца и образование поперечной перегородки между двумя клетками; В – слоистость двустворчатых клеточных оболочек; Г – распад оболочки на Н-образные участки

Сократительные вакуоли имеются у подвижных представителей. Обычно их 1-2 на клетку. Аппарат Гольджи свое­образного строения. Диктиосомы мелкие, содержат 3-7 цистерн. Ядро одно, реже их много; у ценотических видов клетки всегда многоядерные.

Размножение . Для большинства видов желтозеленых водорослей характерно вегетативное и бесполое размножение.

Вегетативное размножение осуществляется различными способами: делением клеток пополам, распадом колоний и многоклеточных слоевищ на части. У Вошерии образуются специальные выводковые почки.

При бесполом размножении могут формироваться разнообразные споры: амебоиды, зооспоры, синзооспоры, автоспоры, гемизооспоры, гемиавтоспоры, апланоспоры. Зооспоры «голые» и обычно грушевидной формы.

Половой процесс – изогамия, гетерогамия и оогамия – описан у немногих представителей. У Трибонемы гаметы сходны по размерам, но различаются поведением – это изогамия. У Вошерии наблюдается оогамия: на нитях образуются вместилища женских гамет – оогонии и мужских – антеридии.

В неблагоприятных условиях наблюдается образование цист. Цисты (статоспоры) эндогенные, одноядерные, реже многоядерные. Их стенка часто содержит кремнезем и состоит из двух неравных или, реже, равных частей.

Систематика.

В конце XIX – начале XX вв. различные роды желтозеленых относили к отделу зеленых водорослей, что было связано в первую очередь с окраской и морфологическим сходством талломов. В настоящее время желтозеленые рассматриваются как класс внутри отдела охрофитовых.

Известно около 450 современных видов класса Желтозеленые водоросли, которые группируются в четыре порядка: Ботридиевые, Мишококковые, Трибонемовые и Вошериевые. В основу выделения порядков положены тип дифференциации таллома и особенности жизненного цикла.

Порядок Ботридиевые – Botrydiales . К порядку относятся виды с сифональным типом дифференциации таллома, у которых отсутствует оогамный половой процесс.

Род Ботридиум обитает на почве и имеет вид зеленых пузырей величиной несколько миллиметров, прикрепленных с помощью бесцветных ризоидов. Таллом сифональный, содержит многочисленные ядра и пластиды. Оболочка многослойная, на ней может откладываться известь. Размножение бесполое с помощью двухжгутиковых зооспор, при этом все содержимое пузыря распадается на одноядерные фрагменты. При недостатке влаги размножается с помощью апланоспор или формирует толстостенные цисты. В одних случаях все содержимое пузыря идет на образование одной крупной цисты. В других случаях цисты формируются в ризоидах, куда вначале переходит содержимое пузыря. Цисты прорастают или непосредственно в новый таллом, или образуют зооспоры. Половой процесс – изо- и гетерогамия. Зигота прорастает немедленно, без периода покоя. Обычные и широко распространенные в наземных местообитаниях виды, встречаются по берегам ручьев, прудов или на лишенных растительности почвах.

Порядок Мисхококковые – Mishococcales . Одноклеточные или колониальные представители с коккоидным типом дифференциации таллома.

Род Харациопсис включает одноклеточные прикрепленные формы. При размножении формирует зооспоры, апланоспоры и толстостенные цисты (рис. 44, 1-2).

Род Офиоцитиум (рис. 44, 4) имеет удлиненные цилиндрические клетки, которые могут быть прямыми, согнутыми или спирально закрученными, а на конце могут нести шип. Клеточная стенка состоит из двух неравных частей, из них большая часть участвует в росте клетки, меньшая часть постоянна и имеет форму крышечки. Одноклеточные и колониальные виды, свободноживущие или прикрепленные к субстрату с помощью маленькой ножки. Размножаются зооспорами и апланоспорами, встречаются цисты. Обитают в пресных водах.

Род Мисхококкус образует древовидные прикрепленные колонии. Ветвление дихотомическое и тетрахотомическое. Клетки расположены по 2 или 4 на верхушках слизистых ветвей колонии. Клетки шаровидные, до овальных, с тонкой или толстой клеточной стенкой. Иногда клеточная стенка блестящая и коричневая из-за пропитки ее солями железа. Молодые одноклеточные организмы со слизистым дисковидным основанием, которое служит точкой опоры при прикреплении. После выхода спор протопласт материнской клетки превращается в студень и вытягивается, длина становится в 6 раз больше ширины, и таким образом возникает цилиндрическая ножка. Пустая клеточная стенка материнской клетки всегда становится основанием ножки. Бесполое размножение зооспорами и автоспорами. Автоспоры прикрепляются к верхнему краю слизистой ножки. Последующие клеточные деления повторяют процесс и производят древовидную колонию. Половой процесс – изогамия. Обитают в небольших пресных водоемах как эпифиты нитчатых водорослей. Известны в центральной Европе и Азии.

Порядок Трибонемовые – Tribonematales . Представители имеют нитчатый, разнонитчатый, ложнотканевый и тканевый тип дифференциации таллома. Клеточные стенки либо с Н-образными перекрывающимися частями, либо цельные.

Род Трибонема – неветвящиеся нити (рис. 46, 1). Клетки по форме цилиндрические или бочонкообразные. Клеточная стенка состоит из двух половинок, которые находят краями друг на друга в середине клетки. Оболочки часто слоистые. Фрагменты нитей всегда оканчиваются пустыми половинками Н-образных фрагментов оболочки, имеющих вид вилочки. В клетках несколько желтовато-зеленых пластид, пиреноидов нет. Размножение вегетативное (фрагментацией нитей), бесполое (зооспорами и апланоспорами) и половое (изогамия), причем апланоспоры образуются чаще, чем зооспоры. Могут формировать акинеты. Обитают в пресных водах, где особенно обильно развиваются в холодное время года.

Порядок Вошериевые – Vauсheriales . Все представители имеют сифональный таллом, оогамный половой процесс и синзооспоры.

Род Вошерия (рис. 46, 3) имеет слоевище неклеточного строения; ее таллом достигает в длину нескольких сантиметров, прикрепляется к субстрату с помощью бесцветного ризоида. В нитях отсутствуют перегородки, большая часть таллома занята вакуолью, а по периферии в цитоплазме расположены многочисленные ядра и пластиды. Нити с апикальным ростом и редким боковым ветвлением. Перегородки образуются при повреждении таллома и для отделения органов размножения. Бесполое размножение осуществляется апланоспорами, синзооспорами, акинетами. Синзооспоры формируются по одной в зооспорангии, который отделяется от вегетативных клеток перегородкой на конце нити. Зооспоры многоядерные и многожгутиковые. Половой процесс – оогамия. Зигота покрывается толстой оболочкой и после периода покоя прорастает в новый таллом.

Виды Вошерии широко распространены в пресных, солоноватых и морских водах, а также в наземных местообитаниях. Они встречаются на всех континентах, включая Антарктиду. Формируют травянисто-зеленые или темно-зеленые перепутанные массы – так называемые маты, гладкие, стелющиеся или подушковидные. Водные, полуводные, наземные формы. Обитают в разнообразных местообитаниях: морях, эстуариях, лиманах, соленых маршах, мангровых зарослях, ручьях, каналах, озерах, прудах, на пахотных землях и болотах.

Значение гетероконтных водорослей

Из отдела Гетероконтные водоросли наибольшее значение для природных экосистем и для человека имеют бурые водоросли.

Бурые водоросли – основной источник органического вещества в прибрежной зоне морей. Их биомасса в морях умеренных и приполярных зон может достигать нескольких десятков килограммов на квадратный метр. Заросли бурых водорослей создают условия для питания и размножения множеству прибрежных животных и других водорослей. Чарльз Дарвин, наблюдавший у берегов Южной Америки заросли бурой водоросли Макроцистиса , писал: «Эти огромные подводные леса Южного полушария я могу сравнить только с наземными лесами тропических областей. И все-таки, если бы в какой-нибудь стране уничтожить лес, то не думаю, чтобы при этом погибло хотя бы приблизительно такое количество видов животных, как с уничтожением этой водоросли».

Заросли бурых водорослей служат местом питания, укрытия и размножения многих животных. Образно говоря, бурые водоросли предоставляют другим водным организмам «стол, кров и ясли».

Широко используются бурые водоросли и человеком. Они богаты йодом и другими микроэлементами. Народы Юго-Восточной Азии традиционно используют их в пищу , особенно представителей порядка ламинариевых, из которых готовят множество самых разнообразных блюд. Кормовая мука , приготавливаемая из бурых водорослей, повышает продуктивность скота; при этом в яйцах и молоке увеличивается содержание йода.

Из бурых водорослей получают альгинаты – соли альгиновой кислоты. Альгинаты очень широко применяются в различных областях промышленности. Это нетоксичные соединения, обладающие коллоидными свойствами, поэтому они широко используются в пищевой и фармацевтической промышленности. Альгиновая кислота и ее соли способны к 200–300-кратному поглощению воды, образуя гели, для которых характерна высокая кислотоустойчивость. В пищевой промышленности они используются преимущественно в качестве эмульгаторов, стабилизаторов, желирующих и влагоудерживающих компонентов. Например, сухой порошковый альгинат натрия используют в производстве порошкообразных и брикетированных растворимых продуктов (кофе, чай, сухое молоко, кисели и др.) для их быстрого растворения. Водные растворы альгинатов используют для замораживания мясных и рыбных продуктов. В мире в пищевую промышленность идет до 30% всего объема получаемых альгинатов.

В текстильной и целлюлозно-бумажной промышленности альгинаты используют для загущения красок и усиления прочности их связи с основой. Пропитка тканей некоторыми альгинатами придает им защитные свойства: водонепроницаемость, кислотоустойчивость и увеличивает механическую прочность. Ряд солей альгиновых кислот используют для получения искусственного шелка. Во времена Второй мировой войны в США и Англии из альгиновой кислоты и ее солей производилось большое количество маскировочной ткани и сетей для жилых и промышленных зданий.

Альгинаты применяют в металлургии: в литейном производстве они улучшают качество формовочной земли. Соли альгиновой кислоты применяют в производстве электродов для электросварки, позволяющих получать более высококачественные сварные швы. Альгинаты также используют при производстве пластмасс, синтетических волокон, лакокрасочных покрытий и строительных материалов, устойчивых к атмосферным воздействиям. Их применяют при изготовлении высококачественных смазочных материалов для машин. В радиоэлектронике альгинаты выполняют роль связующего агента при изготовлении высококачественных ферритов.

Наибольшее применение находит водорастворимый альгинат натрия, способный к образованию вязких растворов. Его широко используют для стабилизации разнообразных растворов и суспензий. Добавление небольшого количества альгината натрия в пищевые продукты – консервы, мороженое – повышает их качество. Он также используется для изготовления декоративной косметики, кремов и масок в парфюмерной промышленности.

В фармацевтической промышленности альгинаты используются для покрытия таблеток, пилюль, в качестве компонентных основ для различных мазей и паст, как гели-носители лекарственных препаратов, в производстве растворимых хирургических нитей. В медицине альгинат кальция применяют в качестве кровеостанавливающего средства и как сорбент, выводящий радионуклиды (например, стронций). Ежегодное производство альгинатов в мире превышает 20 тысяч тонн.

Другое важное вещество, получаемое из бурых водорослей, – шестиатомный спирт маннит. Маннит используют как заменитель сахара для больных диабетом. Кроме того, он может быть использован в качестве плазмозаменителя при консервации крови. Его применяют для изготовления таблеток в фармацевтической промышленности. Маннит также используют в производстве синтетических смол, красок, бумаги, взрывчатых веществ, при выделке кож.

Фукоиданы, получаемые из бурых водорослей – эффективные антикоагулянты, даже более активные, чем гепарин. Перспективным считается использование их для получения противоопухолевых препаратов и антивирусных соединений. Ведь даже в самых низких концентрациях фукоиданы могут ингибировать прикрепление вирусов к поверхности клеток. Фукоиданы также обладают способностью образовывать исключительно прочные и вязкие слизи, что находит применение в получении стабильных эмульсий и суспензий.

Энергетический кризис, который охватил в последние годы многие страны мира, привел к необходимости поиска новых нетрадиционных источников энергии. Так, в США с этой целью изучается возможность разведения гигантской ламинариевой водоросли Макроцистис с последующей переработкой ее в метан. Подсчитано, что с площади 400 км 2 , занятой этой водорослью, можно получить 620 млн. м 3 метана.

Гетероконтные водоросли из классов Золотистые, Желтозеленые, Синуровые, Рафидофитовые и Евстигмовые водоросли представленные, в основном, микроскопическими организмами, широко распространены в пресных водоемах всех климатических зон земного шара, но чаще встречаются в умеренных широтах. Есть среди золотистых водорослей виды, которые обитают в морях и соленых озерах, а очень немногие – в загрязненных водах. Максимума развития золотистые водоросли достигают в холодное время года: в планктоне они доминируют ранней весной, поздней осенью и зимой. В это время они играют значительную роль как продуценты первичной продукции и служат пищей организмам зоопланктона.

Некоторые золотистые водоросли, например Уроглена и Динобрион, развиваясь в массовом количестве, способны вызывать цветение воды. Они выделяют альдегиды и кетоны, которые могут придавать воде неприятный запах и вкус, a Уроглена – токсичные для рыб жирные кислоты.

Рафидовые водоросли широко представлены в планктоне пресных водоемов преимущественно с кислым рН, особенно в сфагновых болотах, реже в крупных озерах. В пресных водоемах локальные «цветения» может формировать Гониостомум. Рафидовые водоросли встречаются также в опресненных морских бухтах и лужах на берегу моря, а также в открытом море. При массовом развитии в прибрежных морских водах они вызывают токсичное "цветение" воды. Так, у побережья Канады во время "цветения" концентрация клеток рафидовой водоросли Гетеросигмы может достигать 30 млн. на 1 л. Вспышки численности рафидовых водорослей часто приводят к развитию «красных приливов», с которыми связывают гибель рыб. Причиной таких «красных приливов» могут быть виды родов Хаттонелла, Олистодискус, Гетеросигма и Фиброкапса .

Синуровые водоросли при массовом развитии в пресных водоемах могут придавать воде неприятный запах (Синура ). Феотамниевые водоросли встречаются в стоячих и медленно текущих пресных водоемах, где поселяются эпифитно на нитчатых водорослях.

Евстигмовые водоросли встречаются только в пресных водоемах или в почве.

Желтозеленые водоросли распространены на всех континентах, они обитают преимущественно в пресных водах и почве, а также в наземных, солоноватоводных и морских местообитаниях. Желтозеленые водоросли населяют чистые и загрязненные воды, с различным значением рН: могут обитать как в кислых, так и в щелочных водах. Они встречаются, главным образом, в чистых пресноводных водоемах, реже в морях и солоноватых водах, предпочитая умеренную температуру, чаще развиваются весной и осенью, хотя имеются виды, встречающиеся на протяжении всех периодов года, в том числе и зимой. Чаще всего их можно найти в скоплениях нитчаток и среди зарослей высших водных растений в прибрежной зоне рек, прудов, озер и водохранилищ.

Подавляющее большинство желтозеленых – свободноживущие формы, но встречаются и внутриклеточные симбионты – зооксантелы в клетках простейших. Интересный внутриклеточный симбиоз образуют хлоропласты морского вида Вошерии с моллюском Элизия . На протяжении девяти месяцев этот моллюск способен в культуре к фотоавтотрофной фиксации углекислого газа. Это самый длительный во времени симбиоз такого типа, когда симбиотическая пластида находится в непосред­ственном контакте с цитоплазмой животного. В природе личинки моллюска питаются нитями Вошерии . В результате фагоцитоза хлоропласты водоросли попадают в цитоплазму эпителиальных клеток моллюска. В ходе этого процесса оболочка хлоропласта становится трехслойной, теряется одна наружная мембра­на ХЭС (хлоропластной эндоплазматической сети). Подобное явление служит хорошим доказательством того, что в ходе эволюции в результате вторичного симбиогенеза за счет потери мембран могли возникать хлоропласты с тремя мембранами.

Желтозеленые, золотистые и другие гетероконтные водоросли являются продуцентами кислорода и органических веществ; они входят в состав пищевых цепей. Гетероконтофиты участвуют в самоочищении загрязненных вод и почв, образовании сапропеля, в процессе накопления органических веществ в почве, влияя на ее плодородие. Они используются как показательные организмы при опреде­лении состояния загрязнения вод; желтозеленые водоросли входят в состав комплекса микроорганизмов, применяемого для очистки сточных вод.

Контрольные вопросы

Назовите характерные черты строения бурых водорослей.

Особенности строения талломов бурых водорослей.

Как размножаются бурые водоросли? Что такое моноспоры, тетраспоры и зооспоры, изогамия, гетерогамия и оогамия?

Каковы жизненные циклы у бурых водорослей? Размножение фукусовых и ламинариевых водорослей.

Назовите характерные особенности и типичных представителей порядков бурых водорослей.

В каких местообитаниях встречаются бурые водоросли? Каково значение их в природе.

Хозяйственное значение бурых водорослей.

Назовите характерные черты строения и типичных представителей золотистых водорослей.

Какие пигменты и типы питания известны у золотистых водорослей?

Размножение и экология золотистых водорослей.

Назовите характерные особенности и типичных представителей желтозеленых водорослей.

Какие пигменты и типы питания известны у желтозеленых водорослей?

Как размножаются желтозеленые? Виды полового размножения: изогамия, гетерогамия и оогамия?

Назовите характерные черты строения и типичных представителей синуровых водорослей.

Размножение и экология синуровых водорослей.

Назовите характерные черты строения и типичных представителей феотамниевых водорослей.

Размножение и экология феотамниевых водорослей.

Назовите общие черты строения и типичных представителей рафидофитовых водорослей.

Размножение и экология рафидофитовых водорослей.

Назовите общие черты строения и типичных представителей евстигмовых водорослей.

Размножение и экология евстигмовых водорослей.

Значение гетероконтных водорослей в природных экосистемах.

По своим особенностям (окраске, строению, способам размножения и т. д.) водоросли делятся на несколько типов (отделов): зеленые, сине-зеленые, золотистые, диатомовые, желто-зеленые, пиррофитовые, эвгленовые, красные и бурые водоросли.

Приведем краткую характеристику типов.

Зеленые водоросли - Chlorophyta

Одноклеточные, колониальные, многоклеточные и неклеточные формы. Многоклеточные формы представлены главным образом нитчатыми водорослями. Некоторые отличаются сложным внутренним строением, напоминающим внешне высшие растения.

Водоросли имеют чисто зеленую окраску, однако, кроме зеленого хлорофилла, в хроматофорах содержатся желтые пигменты - каротин и ксантофилл. Клеточная оболочка состоит из клетчатки. Хроматофоры с пиреноидами.

Размножение осуществляется вегетативным, бесполым и половым путем. Вегетативное размножение происходит путем деления организма на части. Бесполое размножение осуществляется подвижными зооспорами со жгутиками равной величины (их обычно 2-4) или аплаиоспорами - неподвижными спорами.

При помощи зооспор зеленые водоросли не только размножаются, но и расселяются. Половой процесс размножения разнообразен. Представителями зеленых водорослей являются хламидомонада, спирогира, хлорелла, улотрпкс, кладофора, клостериум и т. д.

Сине-зеленое водоросли - Cyanophyta

Одноклеточные, колониальные и нитчатые формы. Водоросли имеют сине-зеленую, желто-зеленую, оливково-зеленую и другие виды окраски. Окраска объясняется наличием у сине-зеленых водорослей четырех пигментов: зеленого хлорофилла, синего фикоциана, красного фикоэритри-па и желтого каротина. У этих водорослей нет оформленного хроматофора и ядра, жгутиковые стадии и половой процесс отсутствуют. К сине-зеленым водорослям относятся: осциллятория, носток, глеотрихия, анабена и т. д.

Золотистые водоросли - Chrysophyta

Одпоклеточные и колониальные формы. Содержат хлорофилл и фикохризип, этим обусловлена и окраска представителей этой группы водорослей- .она золотисто- или буровато-я«елтая. Клетки в ряде случаев голые или одетые малодифференцированной протоплазматической оболочкой,встречаются золотистые водоросли, тело которых одето в панцирь или заключено в домик.

Одни формы подвижны и передвигаются с помощью жгутиков, другие формы неподвижны в вегетативном состоянии. Размножаются делением или зооспорами.

Способны образовывать цисты для перенесения неблагоприятных условий. Половой процесс встречается очень редко. Представителями этого типа водорослей являются малломонада, динобрион, хризамеба и т. д.

Диатомовые водоросли - Bacillariophyta

Одноклеточные и колониальные организмы с окремнелым панцирем, состоящим из двух половинок, называемых створками. Хроматофор я<ел-того или светло-бурого цвета от наличия в нем, кроме хлорофилла, бурого пигмента диатомина. Размножение осуществляется путем деления клеток на две, у некоторых диатомовых наблюдается образование двужгутиковых зооспор. Известен половой процесс. К диатомовым водорослям относятся пинну л я р ия, навикула, плевросигма, гомфонема, сиредра, мелозира и др.

Желто-зеленые, или разножгутиковые, водоросли - Xanthophyta, или Heterocontae

К ним относятся одноклеточные, колониальные, нитчатые и неклеточныеформы. Эти водоросли содержат, кроме хлорофилла, желтые пигменты-ксантофилл и каротин; окраска их изменяется от светлой до темной желто-зеленой. Размножение происходит продольным делением клеток, зооспорами (они характеризуются наличием двух жгутиков неравной величины и неодинакового строения), автоспорами. Известен половой процесс. Представитель: ботридиум.

Пиррофитовые водоросли - Pyrrophyta

Одноклеточные и колониальные формы. Кроме хлорофилла, водоросли содержат пигмент пирро-филл, что придает водорослям бурую и буроватожелтую окраску. Клетки голые или покрыты панцирными оболочками. Размножаются делением, зоосиорами, автосиорами. Образуют цисты. Половое размножение встречается редко. К пирро-фитовым водорослям относятся: перидиниум, це-рациум и др.

Эвгленовые водоросли - Euglenophyta

Одноклеточные подвижные формы с одним или двумя жгутиками, иногда без них; клетки голые, роль оболочки выполняет наружный слой протоплазмы, иногда клотка находится в домике. Большинство водорослей имеет зеленую окраску, иногда светло-зеленую от присутствия ксаптофил-ла. Размножение происходит путем продольного деления, половой процесс неизвестен. Представителями эвгленовых водорослей являются эвглена и факус.

Красные водоросли, или багрянки, Rhodophyta

Они обитают главным образом в морях, лишь немногие живут в пресных водах. Это многоклеточные водоросли, окрашенные в красный цвет

(с различными оттенками). Окраска водорослей связана с наличием в них, кроме хлорофилла, и других пигментов - фикоэритрина и фикоциана.

Бесполое размножение производится аплано-спорами. Половой процесс очень сложный и характеризуется наличием мужских органов - ан-теридиев и женских - оогониев, или карпого-нов.

Представитель - батрахоспермум.

Бурые водоросли,Phaeophyta

Название получили из-за жёлто-бурой окраски таллома, вызванной наличием, помимо зелёных хлорофиллов, большого количества бурых каротиноидных пигментов. Многоклеточные, преимущественно макроскопические водоросли (самый крупный организм, обитающий в воде, – бурая водоросль макроцистис, которая достигает дл. 60 м, вырастая за день на 45 см).

Размножение вегетативное, бесполое и половое. Гаметы и зооспоры несут сбоку два жгутика, различных по длине и морфологии. Бурые водоросли широко распространены во всех морях планеты, часто образуют подводные леса, наибольшего развития достигая в морях умеренных и приполярных широт, где они – основной источник органического вещества в прибрежной зоне. В тропических широтах крупнейшее скопление бурых водорослей находится в Саргассовом море. В опресненных и пресных водах у нас обитают представители только нескольких родов, например плеврокладия, стреблонема, литодерма.

Окончание. См. No 5, 6, 7, 8, 9/2002

Из бурых водорослей получают также широко применяемые в различных отраслях промышленности альгинаты – соли альгиновой кислоты. Наибольшее применение находит водорастворимый альгинат натрия, способный к образованию вязких растворов. Его широко используют для стабилизации разнообразных растворов и суспензий. Добавление небольшого количества альгината натрия в пищевые продукты – консервы, мороженое – повышает их качество. Альгинаты используют также при производстве пластмасс, синтетических волокон, лакокрасочных покрытий и строительных материалов, устойчивых к атмосферным воздействиям. Их применяют при изготовлении высококачественных смазочных материалов для машин, рассасываемых хирургических нитей, мазей и паст в фармацевтической и парфюмерной промышленности. В литейном производстве альгинаты улучшают качество формовочной земли; применяются в производстве электродов для электросварки, позволяющих получать более высококачественные сварные швы.
Другое важное вещество, получаемое из бурых водорослей, – шестиатомный спирт маннит . Он применяется в фармацевтической промышленности для изготовления таблеток, приготовления диабетических пищевых продуктов, в производстве синтетических смол, красок, бумаги, взрывчатых веществ, при выделке кож.
Наиболее известными и популярными представителями бурых водорослей являются ламинарии, или «морская капуста». Род ламинария (Laminaria ) насчитывает около 30 видов, распространенных преимущественно в Северном полушарии, особенно в Тихом океане. Многолетние слоевища этих водорослей достигают в длину нескольких метров и состоят из удлиненно-овальной пластины, стволика и разветвленных ризоидов, с помощью которых растение прикрепляется к грунту. Растут ламинарии обычно на глубине до 20–30 м, в местах с постоянным движением воды, прикрепляясь к камням и скалам.

Ламинария сахаристая (L.saccharina ) у нас встречается в Белом, Баренцевом, Карском и во всех морях Дальнего Востока, а ламинария японская (L.japonica ), отличающаяся тем, что по продольной оси ее пластины проходит широкая и толстая срединная полоса, ограниченная по краям двумя продольными складками, – в северной половине Японского моря, а также у южного и юго-восточного берегов Сахалина и у Южных Курильских островов.
Ламинария японская отличается превосходными вкусовыми качествами и считается самым ценным промысловым видом среди бурых водорослей. Ее используют для приготовления разнообразных блюд, консервов и кондитерских изделий. В Японии и Китае разработаны способы искусственного культивирования ламинарии, что позволяет собирать с плантаций стабильные урожаи. Благодаря значительному содержанию йода и брома морская капуста используется и в лечебных целях – при заболеваниях щитовидной железы, склерозе, нервных расстройствах, желудочно-кишечных заболеваниях.
Бурые водоросли из рода фукус (Fucus ) также распространены в холодных и умеренных морях Северного полушария, где часто образуют большие заросли на мелководье. Представители этого рода отличаются дихотомически разветвленным слоевищем с плоскими ветвями, имеющими продольное ребро и прикрепляющимися к камням конической подошвой. Фукусы используют в качестве удобрений, как корм для скота, для производства кормовой муки, альгинатов и других веществ.

Зеленые водоросли

Зеленые водоросли – самый обширный из всех отделов этих растений, к нему относят около 15 тыс. видов. Представители зеленых водорослей отличаются прежде всего действительно чисто зеленым цветом своих талломов, что вызвано преобладанием в хлоропластах хлорофилла (а и b ) над другими пигментами (каротиноидами). Запасной полисахарид зеленых водорослей – крахмал – откладывается внутри хлоропласта. Поверх цитоплазматической мембраны у большинства зеленых водорослей образуется целлюлозная клеточная стенка.
Для большинства зеленых водорослей характерно преобладание в жизненном цикле гаплоидной фазы – двойным набором хромосом у них обладает только зигота, которая мейотически делится с образованием спор. Однако среди представителей отдела имеются и формы с преобладанием в жизненном цикле диплоидной фазы, и виды с изоморфной сменой поколений.
Большинство зеленых водорослей обитает в водоемах с пресной водой, хотя встречаются и морские виды.
Чаще всего отдел зеленых водорослей делят на три класса*. Представители класса Равножгутиковые характеризуются бесполым размножением зооспорами со жгутиками одинаковой длины и строения. Половой процесс у них представлен изогамией, гетерогамией и оогамией. Талломы равножгутиковых разнообразны по форме, и типы их морфологической организации служат важными систематическими признаками.
Особенности этого класса водорослей удобно рассмотреть на примерах ряда его представителей. Род хламидомонада (Chlamydomonas ) включает свыше 500 видов одноклеточных водорослей, большинство из которых обитают в пресных, мелких, хорошо прогреваемых и загрязненных водоемах: прудах, лужах, канавах и т.п. При их массовом размножении вода приобретает зеленую окраску.

А – вегетативная особь; Б – пальмеллевидная стадия; В – размножение (молодые особи внутри материнской клетки)

Клетка хламидомонады имеет округлую или элипсовидную форму и одета оболочкой, у старых особей несколько отстающей от задней части протопласта. В клетке имеется одно гаплоидное ядро, чашевидный хроматофор, в который погружены глазок и сократительные вакуоли, находящиеся в передней части клетки. На переднем конце расположены также два жгутика, играющие роль органов движения.
При подсыхании водоема хламидомонады теряют жгутики, стенки их клеток ослизняются, и в таком неподвижном состоянии клетки переходят к делению. Стенки образующихся при этом дочерних клеток также ослизняются, так что в итоге образуется система вложенных друг в друга слизистых обверток, в которых группами расположены неподвижные клетки. Это так называемое пальмеллевидное состояние водоросли. При попадании в воду клетки снова образуют жгутики и переходят к монадному (одиночному) состоянию.
В благоприятных же условиях хламидомонада интенсивно размножается другим путем – клетка останавливается, и ее протопласт, несколько отстав от стенки, последовательно делится продольно на две, четыре или восемь частей. Эти дочерние клетки образуют жгутики и выходят наружу в виде зооспор, которые после непродолжительного роста сами приступают к такому же размножению. Половой процесс у хламидомонады – изогамия. Гаметы образуются внутри материнской клетки, но в большем, чем зооспоры, количестве – 32–64, и, соответственно, отличаются меньшими размерами. После их слияния образуется зигота, в которой происходит редукционное деление с образованием гаплоидных клеток.
Наряду с автотрофным способом питания клетки хламидомонад способны всасывать через оболочку растворенные в воде органические вещества, что способствует активному очищению загрязненных вод, в которых развиваются эти водоросли.

Представители рода вольвокс (Volvox ) – колониальные организмы. Это наиболее высокоорганизованные представители класса. Их колонии имеют вид слизистых, диаметром до 2 мм, шариков, в периферическом слое которых расположено до 50 тыс. клеток со жгутиками (подобных хламидомонаде), сросшихся своими боковыми ослизненными стенками друг с другом и соединенных плазмодесмами. Внутренняя полость шара заполнена жидкой слизью. В такой колонии существует специализация клеток: периферическую ее часть составляют вегетативные клетки, а между ними разбросаны более крупные – репродуктивные. Около десятка из них – гонидии, клетки бесполого размножения. В результате многократных делений они дают начало молодым, дочерним колониям, которые выпадают внутрь материнского шара и освобождаются лишь после его разрушения. Половой процесс у вольвокса – оогамия. Органы, в которых образуются гаметы, оогонии и антеридии, возникают также из репродуктивных клеток. У вольвокса шаровидного оогонии и антеридии образуются из клеток одной колонии (однодомные колонии), у вольвокса золотистого – из клеток разных колоний (колонии двудомные). В европейской части России оба эти вида встречаются в прудах и старицах рек и в период интенсивного размножения вызывают «цветение» воды.

Хлорелла (Chlorella ) – одноклеточные водоросли размером около 15 мкм – широко распространенный и хорошо известный род. Хлорелла очень неприхотлива и встречается почти повсеместно – в пресных водах, на сырой земле, на коре деревьев и т.п.
Шаровидная клетка хлореллы содержит одно ядро и чашевидный хроматофор. Глазка и сократительных вакуолей нет. Клеточная стенка некоторых видов этих водорослей наряду с целлюлозой содержит спорополленин – чрезвычайно устойчивое к действию различных ферментов вещество, встречающееся также в пыльцевых зернах и спорах высших растений. Размножается хлорелла исключительно автоспорами (бесполое размножение), образующимися обычно по 4–8 в одной клетке и освобождающимися после разрыва ее стенки.
В процессе фотосинтеза хлорелла способна использовать до 12% световой энергии (наземные растения используют только 1–2%), а сухое вещество ее клеток очень питательно: содержит до 50% полноценных белков, жирные масла, витамины В, С, К. Для хлореллы характерны очень высокие темпы размножения. Благодаря этому она стала объектом массового культивирования для использования в самых разных направлениях.

Водоросли рода улотрикс (Ulothrix ) обитают преимущественно в пресных водоемах, но могут поселяться и на влажных поверхностях, смачиваемых брызгами прибоя или водопадов. Один из самых широко распространенных видов – улотрикс опоясанный (Ulotrix zonata ). Под Москвой эта водоросль встречается в быстро текущих ручьях, а в Северо-Западном регионе часто образует ватообразные обрастания на камнях в прибойной полосе больших озер.
Таллом улотрикса состоит из неразветвленных нитей. Все клетки нити одинаковые (за исключением базальной, которая вытягивается в короткий ризоид, с помощью которого нить в начале роста прикрепляется к субстрату) – их центр занят вакуолью, а единственный хлоропласт, имеющий форму пояска, охватывает протопласт по периметру. Ядро одно, расположенное по продольной оси клетки.
При вегетативном размножении нити улотрикса распадаются на короткие сегменты, каждый из которых развивается в новую нить. Бесполое размножение этой водоросли осуществляется зооспорами, которые могут образовываться во всех клетках нитей, кроме базальной. Половой процесс улотрикса – изогамия. Чаще всего переход к половому размножению связан с концом активного роста и наступлением неблагоприятных условий.

А – внешний вид таллома; Б – поперечный разрез таллома

Таллом морских водорослей рода ульва (Ulva ) представляет собой ярко-зеленую двуслойную с гофрированными краями пластинку размером около 10–12 см, прикрепленную к субстрату суженным в короткий черешок основанием. Клетки ульвы одноядерные с постенным хроматофором и крупной центральной вакуолью. Наиболее распространенный способ вегетативного размножения ульвы – прорастание клеток основания с образованием молодых растений. В отличие от перечисленных выше водорослей, в жизненном цикле которых преобладает гаплоидная стадия, у ульвы наблюдается чередование поколений: диплоидного спорофита и гаплоидного гаметофита. В ядрах клеток спорофитов содержится двойной набор хромосом, а при редукционном делении формируются гаплоидные зооспоры. Прорастая, они образуют гаплоидные растения – гаметофиты, способные образовывать гаметы. При слиянии гамет образуется зигота, содержащая диплоидное ядро и без периода покоя прорастающая в спорофит. Для ульвы характерна изоморфная смена поколений – ее спорофит и гаметофит внешне выглядят совершенно одинаково.
Ульва встречается в морях всех климатических зон, хотя предпочитает теплые воды. Например, на мелководье Черного моря это один из самых массовых видов водорослей. Многие виды ульвы выносят опреснение воды; их часто можно встретить в устьях рек.

Род каулерпа (Caulerpa ) включает около 60 видов морских водорослей, ползучие, распростертые на грунте части слоевища которых имеют вид ветвящихся цилиндров, достигающих в длину нескольких десятков сантиметров. Через определенные интервалы вниз от них отходят обильно ветвящиеся ризоиды, закрепляющие растение в грунте, а вверх – плоские листообразные вертикальные побеги, в которых сосредоточены хлоропласты.
Таллом каулерпы, несмотря на свои крупные размеры, не имеет клеточного строения – в нем полностью отсутствуют поперечные перегородки, и формально он представляет собой одну гигантскую клетку. Такое строение таллома называют сифонным . Внутри таллома каулерпы располагается центральная вакуоль, окруженная слоем цитоплазмы, содержащей многочисленные ядра и хлоропласты. Различные части таллома растут у своих верхушек, где скапливается цитоплазма. Центральную полость во всех частях таллома пересекают цилиндрические скелетные тяжи – целлюлозные балки, придающие телу водоросли механическую прочность.

А – внешний вид таллома; Б – разрез таллома с целлюлозными балками

Каулерпа легко размножается вегетативно: при отмирании более старых частей таллома отдельные участки его с вертикальными побегами становятся независимыми растениями.
Виды этого рода обитают главным образом в тропических морях, и лишь немногие заходят в субтропические широты, например, распространенная в Средиземном море каулерпа прорастающая (Caulerpa prolifera ). Каулерпа предпочитает мелководье со спокойной водой, например, лагуны, защищенные от действия постоянного прибоя коралловыми рифами, и поселяется как на различных твердых субстратах – камнях, рифах, скалах, так и на песчаном и илистом грунте.

Представители другого класса зеленых водорослей – конъюгат – характеризуется отсутствием в жизненном цикле жгутиковых стадий. Бесполое размножение у них отсутствует, а половой процесс представлен своеобразной формой – конъюгацией.

К конъюгатам, в частности, относятся представители рода спирогира (Spirogyra ) – нитчатые неветвящиеся водоросли ярко-зеленого цвета, около 300 видов которых широко распространены в пресных водоемах всего земного шара.
Талломы спирогиры имеют размер от нескольких миллиметров до десяти сантиметров и состоят из одного ряда одинаковых цилиндрических клеток, каждая из которых способна к росту и делению. У спирогиры, живущей в проточной воде, развиваются ризоиды – лишенные хлоропластов выросты клетки разнообразной формы и степени разветвленности, с утолщенной оболочкой. Внутренний слой клеточной стенки спирогиры состоит из целлюлозы, наружный – из пектиновых веществ, образующих слой слизи, как бы укутывающей всю нить и делающей спирогиру скользкой и шелковистой на ощупь.
В клетке этих водорослей хорошо видны лентовидные спирально закрученные зеленые хлоропласты, расположенные в постенном слое цитоплазмы. Плотность витков и положение хлоропластов варьирует в зависимости от условий среды: при неблагоприятных условиях их рост отстает от роста клетки, и количество оборотов резко снижается. Крупное ядро спирогиры с хорошо заметным ядрышком расположено в центре клетки. Оно окружено слоем цитоплазмы и как бы подвешено на цитоплазматических тяжах, отходящих от постенной цитоплазмы.
Вегетативное размножение спирогиры происходит при случайном разрыве или распадении нити на отдельные фрагменты при неблагоприятных условиях. Ядра клеток спирогиры гаплоидны, двойной набор хромосом присутствует только в зиготе, которая образуется при слиянии протопластов вегетативных клеток соседних нитей – конъюгации. При прорастании зиготы происходит редукционное деление.
Нити спирогиры, переплетенные между собой и покрытые общей слизью, устилают большие площади дна рек и ручьев.

Водоросли рода клостериум (Closterium ) – одноклеточные организмы. Известно около ста видов этого рода, обитающих в прудах, сфагновых болотах, небольших спокойных озерах. Серповидно изогнутая, с заостренными концами клетка клостериума состоит из двух симметричных половинок – полуклеток. Клеточная стенка также состоит из двух половинок, спаянных в плоскости симметрии. В ней имеются поры, особенно крупные на концах клетки. Выделяясь через поры на одном конце клетки, слизь приподнимает его; после этого слизь начинает выделятся на другом конце. Таким образом клетка клостериума «кувыркается», передвигаясь вблизи дна.
Каждая полуклетка содержит по одному крупному центральному хлоропласту, состоящему из осевого стержня, от которого по радиусам отходит несколько пластин (так что на поперечном срезе хлоропласт имеет звездчатую форму). В плоскости симметрии клетки находится одно крупное ядро, а на концах клетки – по одной вакуоли с кристалликами гипса.
Обычный способ вегетативного размножения клостериума – деление клетки в поперечной плоскости. Дочерние особи получают одну полуклетку от материнской клетки, а недостающую достраивают заново. При половом процессе (конъюгации) две клетки клостериума сближаются и одеваются общей слизью. В области симметрии каждая конъюгирующая клетка образует отростки, соединяющиеся между собой, – конъюгационный канал. При прорастании зиготы происходит редукционное деление, и из четырех образующихся гаплоидных ядер, как правило, два остаются жизнеспособными, образуя два проростка.

Представители третьего класса зеленых водорослей – Харовых , – сильно отличаются от остальных тем, что их нитчатые многоклеточные талломы обладают сложной морфологической организацией. На основных побегах, нарастающих верхушкой («стеблях»), на некотором расстоянии друг от друга располагаются мутовки одинаковых коротких боковых членистых побегов («листьев»), имеющих ограниченный рост. Места расположения мутовок называют узлами, а участки таллома между ними – междоузлиями.

По внешнему виду многие из харовых водорослей весьма напоминают хвощи, хотя сходство это, конечно, чисто внешнее. Каждое междоузлие на их талломе представляет собой одну многоядерную, гигантскую (длиной до нескольких сантиметров), часто покрытую корой, клетку, неспособную к делению. А узлы состоят из собранных в диск нескольких мелких одноядерных клеток, в процессе своего деления образующих боковые ветви «стебля» и мутовки «листьев». Побеги харовых прикрепляются к дну с помощью многочисленных тонких ризоидов. Эти водоросли достигают весьма крупных размеров – от 20–30 см до 1–2 м.
Бесполого размножения у харовых нет, половой процесс – оогамия. Органы, производящие гаметы – многоклеточные оогонии и антеридии, – образуются на члениках таллома, в узлах. В оогонии размером до 1 мм развивается одна яйцеклетка, в антеридии (его диаметр около 0,5 мм) – множество мужских половых клеток. У большинства видов харовых оогонии и антеридии развиваются на одном растении, но существуют и двудомные виды.
Известно около 300 видов харовых водорослей. Распространены они в пресных водоемах, особенно с жесткой известковой водой, где нередко образуют на дне сплошные заросли. Некоторые виды встречаются и в морских заливах.

Литература

Курс низших растений. – М.: Высшая школа, 1981.
Жизнь растений. Т.3. – М.: Просвещение, 1977.
Гарибова Л.В. и др. Водоросли, лишайники и мохообразные СССР. – М.: Мысль, 1978.
Рейвн П. И др. Современная ботаника. – М.: Мир, 1990.
Чиков П.С. Лекарственные растения – путь к здоровью. – М., 1997.