Высшие водоросли

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

КРЕМЕНЧУЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ МИХАЙЛА

ОСТРОГРАДСЬКОГО

РЕФЕРАТ

НА ТЕМУ: «ВЫСШИЕ ВОДОРОСЛИ»

Выполнила студентка

Группы ЕО-12-1

Чернышенко Е.А.

Проверила

Пасенко А.В.

КРЕМЕНЧУГ 2013

ВСТУПЛЕНИЕ

Водоросли (Algae) – обширная и неоднородная группа низших растений. Водоросли – самые многочисленные и одни из самых важных для планеты фотосинтезирующих организмов. Они встречаются повсюду: в морях и океанах, в пресных водоёмах, на влажной почве и на коре деревьев.

Ограничивающее определение растений выделило две группы, которые ранее входили в это понятие: сине-зеленые водоросли (прокариоты царства Мопега) и растениеподобные флагелляты царства Protista. Обе эти группы часто относят к низшим водорослям, в то время как термин "высшие водоросли" относится к зеленым, красным и бурым водорослям, большинство которых является многоклеточными.

Вдоросли — главные производители органических вещества в водной среде. Около 80% всех органических веществ, ежегодно создающихся на земле, приходится на долю водорослей и других водных растений. Водоросли прямо или косвенно служат источником пищи для всех водных животных. Известны горные породы (диатомиты, горючие сланцы, часть известняков), возникшие в результате жизнедеятельности водорослей в прошлые геологические эпохи. Водоросли участвуют в образовании лечебных грязей. Некоторые, в основном морские, употребляются в пищу (морская капуста, порфира , ульва). В приморских районах водоросли идут на корм скоту и удобрение . В ряде стран водоросли культивируют для получения большого количества биомассы, идущей на корм скоту и используемой в пищевой промышленности . Многие водоросли — важный компонент процесса биологической очистки сточных вод.

Разнообразие водорослей:

Видовое разнообразие водорослей оценивается примерно в 50 тысяч видов. Высшими систематическими категориями у водорослей являются отделы.

Отдел Красные водоросли, или Багрянки

 Красные водоросли, багрянки (Rhodophyta), отдел (тип) водорослей. Одноклеточные и многоклеточные формы. Характеризуются содержанием в хроматофорах (помимо хлорофилла а, каротина и ксантофилла) хлорофилла d, R-фикоэритрина (красный пигмент) и R-фикоциана (сине-зелёный); отсутствием подвижных жгутиковых стадий (зооспор, сперматозоидов); своеобразием полового процесса. Слоевища красных водорослей нитевидные , кустистые, пластинчатые, у некоторых расчленены на стебли и листообразные органы; у ряда красных водорослей слоевища твёрдые в связи с отложением в них кальция (лиготамний и др.). Окраска красных водорослей варьирует от тёмно-красной, почти чёрной, до розовой, желтоватой и иногда сине-стальной. Запасные питательные вещества — т. н. багрянковый крахмал, а также флоридозид и манноглицерат. Красные водоросли  включают 600 родов (3750 видов) и делятся на 2 класса: Bangiophyceae (бангиевые) и Floridophyceae (флоридеи). Бесполое размножение неподвижными спорами, образующимися в спорангиях по 1 (моноспоры) или по 4 (тетраспоры). Половой процесс — оогамия. В мужских половых органах, сперматангиях, образуются неподвижные половые клетки — спермации. Они переносятся водой к женским половым органам — карпогонам. После оплодотворения содержимое карпогона у бангиевых распадается на гаплоидные карпоспоры; у флоридей карпогон даёт нитевидные мнотоклеточные  выросты, на концах которых образуется по 1 карпоспоре, или от карпогона отходят нити, соединяющиеся со специальными крупными (ауксилярными) клетками слоевища, куда переходят ядра (по 1 в каждую), образующиеся при делении оплодотворённого яйца карпогона. Ядра в ауксилярных клетках не сливаются. Эти клетки, в свою очередь, дают нитевидные выросты, несущие карпоспоры.

Красные водоросли обитают преимущественно в морях (часто на большей глубине, чем зелёные и бурые водоросли, что обусловлено присутствием фикоэритрина, способного, по-видимому, использовать для фотосинтеза зелёные и синие лучи, проникающие глубже других в воду), меньше в пресных водах и почве. Ископаемые красные водоросли найдены в отложениях мелового периода. Наибольшее практическое значение имеют анфельция, гелидиум, филлофора, фурцелярия, дающие студнеобразующие вещества —  агар-агар, агароид, карраген. Некоторые красные водоросли, например порфира, употребляются в пищу.

Отдел Пирофитовые

 Только одноклеточные  формы, обычно монадные (со жгутиками). Пирофитовые водоросли – миксотрофы: на свету они питаются автотрофно, в темноте – гетеротрофно (поэтому  они часто встречаются в загрязненных  водах). Генетический аппарат пирофитовых  имеет особую (мезокариотическую) организацию: ядро у них есть, но хромосомы  кольцевые, без гистонов. Для Пирофитовых  характерны сложно устроенные  хроматофоры. Содержат хлорофиллы  а и с. Запасной углевод –  крахмал.

Отдел Зеленые водоросли

многочисленная группа водорослей, которая характеризуется следующими признаками. Фотосинтезирующие пигменты представлены хлорофиллами а и b. Хлоропласты (хроматофоры) окружены оболочкой из двух мембран; непосредственная связь оболочек хлоропластов и эндоплазматической сети не обнаруживается. Фотосинтезирующие структуры (ламеллы) состоят из 2 и более тилакоидов, образующих граны. Как правило, имеется два одинаковых жгутика (реже жгутиков много, или жгутики отсутствуют). Запасное вещество – крахмал; клеточная оболочка целлюлозная. Имеются все формы полового процесса. Большинство зеленых водорослей – обитатели пресных вод. Для зеленых водорослей лимитирующим фактором является содержание азота, поэтому после связывания этого биогена начинается их отмирание. Отдел делится на три класса:

1. Класс Собственно зеленые  водоросли. Наиболее разнообразная  группа зеленых водорослей (хламидомонада, вольвокс, хлорелла, улотрикс).

2. Класс Конъюгаты, или  Сцеплянки. Нитчатый таллом. Отличаются  отсутствием жгутиковых стадий, половой процесс в виде конъюгации.

3. Класс Харовые. Отличаются  сложно устроенным многоклеточным  талломом. Гаметангии многоклеточные. Диплоидная фаза представлена  только зиготой. Обитатели пресных  вод (реже – солоноватых). Считается, что предки Харовых водорослей  были близки к предкам Высших (наземных) растений; иногда Харовых  рассматривают как особый отдел.

Отдел Эвгленовые водоросли

Эти организмы сходны с зелеными водорослями – у тех и других имеются хлорофиллы а и b, как у высших растений. Но есть и существенные различия. Хроматофоры зеленых водорослей имеют двумембранную оболочку, а хроматофоры эвгленовых водорослей – трехмембранную. Клеточная стенка зеленых водорослей – целлюлозная, а эвгленовых водорослей – протеиновая. Запасным углеводом является специфический полимер глюкозы – парамилон. Эвгленовые – одноклеточные организмы, обычно со жгутиками. Половой процесс отсутствует.

Отделы: Золотистые, Желто-зеленые, Диатомовые и Бурые водоросли

сходны между собой по следующим признакам: наличие хлорофиллов а и с, наличие хлоропластной эндоплазматической сети, наличие особого запасающего вещества – ламинарина (или хризоламинарина), разножгутиковость (правда, у диатомовых водорослей жгутики имеют только гаметы, да и то не у всех видов).

Бурые водоросли (Phaeophyta)

 Тип споровых растений, включающий 240 родов (1500 видов), из которых 3 — пресноводные, остальные — морские. Слоевища от оливково-зелёного до темно-бурого цвета из-за присутствия в хроматофорах особого бурого пигмента фукоксантина(C40H56O6),маскирующего др. пигменты (хлорофилл а, хлорофилл с, ксантофилл и бета-каротин).Бурыеводоросли разнообразны по форме и размерам (от микроскопических разветвленных нитей до 40-метровых растений). У высших бурых водорослей (например, ламинариевых водорослей) наблюдаются дифференциация тканей и появление проводящих элементов. Для бурых водорослей характерны многоклеточные волоски с базальной зоной роста, отсутствующие у других водорослей. Оболочки клеток содержат целлюлозу и специфические вещества — альгин и фукоидин. Обычно в каждой клетке одно ядро. Хроматофоры большей частью мелкие, дисковидные. У некоторых видов бурых водорослей есть пиреноиды, мало  похожие на пиреноиды др. водорослей. В клетке вокруг ядра скапливаются бесцветные пузырьки с фукозаном, обладающим многими свойствами танина. В качестве запасных продуктов в тканях бурых водорослей накапливаются маннит (многоатомный спирт) и ламинарин (полисахарид), реже масло. Размножаются бурые водоросли половым и бесполым путём, редко вегетативно. Обычно у бурых водорослей имеются спорофит и гаметофит; у высших (ламинариевые, десмарестиевые и др.) они строго чередуются; у циклоспоровых гаметофиты развиваются на спорофитах; у примитивных (эктокарповые, хордариевые, кутлериевые и др.) гаметофит или спорофит может выпадать из цикла развития или появляться раз в несколько поколений. Органы размножения — одногнёздные или многогнёздные спорангии. Многогнёздный спорангий, который чаще функционирует как гаметангий, образуется в виде одной клетки или серии клеток, делящихся перегородками на камеры, содержащие внутри по одной гамете или споре. Мейоз происходит обычно в одногнёздных спорангиях, у диктиотовых — в тетраспорангиях. Половой процесс — изогамия, гетерогамия или оогамия. Грушевидные споры и гаметы обычно с глазком, имеют сбоку по два жгутика, один направлен вперёд, другой — назад. бурые водоросли делятся на 3 класса: Aplanosporophyceae (только диктиотовые), Phaeosporophyceae (гетерогенератные и изогенератные, за исключением диктиотовых) и Cyclosporophyceae (циклоспоровые). бурые водоросли распространены во всех морях, особенно в холодных, где образуют большие заросли. Используются для получения альгиновых кислот и их солей — альгинатов, а также кормовой муки и применяемого в медицине порошка, содержащих йод и другие микроэлементы. Некоторые бурые водоросли используются в пищу.

Бурые водоросли: 1 — ламинария; 2 — диктиота; 3 — эктокарпус; 4 — лессония; 5 — нереоцистис; 6 — алярия; 7 — цистозира; 8 — кустики элахисты на стволике другой водоросли; 9 — фукус; 10 — диктиосифон; 11 — саргассум (все, кроме 3 и 8, сильно уменьшены; 3 — вид под микроскопом, увеличено приблизительно в 40 раз).

Экология и практическое значение водорослей

Водоросли как древнейшие фотоавтотрофные организмы во многом определили современный облик биосферы: первичный свободный кислород на Земле создан водорослями в процессе фотосинтеза, водоросли подготовили условия для создания почвы и заселения суши высшими растениями и животными. В настоящее время водоросли продолжают участвовать в поддержании постоянного состава атмосферы, в первичных почвообразовательных процессах. Водоросли остаются основным поставщиком органического вещества в водоемах.

Существует множество экологических групп водорослей. Исходной средой обитания для водорослей является водная. Водоросли составляют основную часть фитопланктона, фитобентоса, перифитона. Фитопланктон – растения, обитающие в толще воды; фитобентос – растения, обитающие на дне водоемов; перифитон (обрастатели) – растения, обитающие на разнообразных субстратах: на других организмах, скальных породах, гидротехнических сооружениях и т.д. Многие виды водорослей заняли переходные среды обитания, однако не утратили полностью связей с водной средой: аэрофиты (обычно населяют зону прибоя – супралитораль), почвенные водоросли, троглобионты (обитатели пещер), криофиты (населяют поверхность льда и снега), симбионты и паразиты.

В экосистемах водоросли играют роль продуцентов органического вещества. Валовая первичная продукция всего Мирового океана примерно в 2...3 раза меньше, чем валовая продукция суши. Чистая первичная продукция гидросферы составляет примерно 50% от валовой (в разных экосистемах колеблется от 0 до 90%).

Для того, чтобы валовая первичная продуктивность водорослей превышала их затраты на дыхание, необходимо наличие целого ряда факторов: достаточная освещенность, достаточно высокая температура, достаточно высокое содержание неорганических веществ: кислорода, углекислого газа, элементов минерального питания. Однако некоторые факторы являются наиболее главными – ограничивающими, или лимитирующими. Лимитирующими факторами для развития водорослей являются свет и вещества–биогены (фосфаты и нитраты).

Лимитирующее действие света в Мировом океане. В вертикальном разрезе по отношению к количеству света водоемы делятся на 3 зоны: эуфотическую, дисфотическую и афотическую. Только в эуфотической зоне (до 40...180 метров) валовая первичная продукция водорослей превышает их затраты на дыхание. В более глубоких слоях воды водоросли могут существовать за счет миксотрофного питания.

Лимитирующее действие света в континентальных водоемах. В реках и озерах доступность света определяется прозрачностью воды. Прозрачность воды падает при наличии взвешенных неживых частиц, а также при массовом размножении самих водорослей.

Лимитирующее действие биогенов в Мировом океане. Чистая первичная продуктивность водорослей в низких широтах достигает максимума в экосистемах шельфов, эстуариев, коралловых рифов. Эти воды насыщены биогенами: фосфатами и нитратами. Освещенность высокая в течение всего года. В открытом океане в низких широтах валовая первичная продукция водорослей, несмотря на высокую освещенность, очень низкая из-за недостатка биогенов – примерно в 20 раз ниже, чем в районах рифов. В высоких широтах, то есть в холодных субполярных водах обычно биогены имеются в достаточном количестве. Это связано с перемешиванием придонных и поверхностных вод из-за отсутствия температурного градиента, а также с выносом придонных вод на поверхность путем апвеллинга. В условиях полярного лета валовая первичная продукция водорослей очень высокая, а в период полярной зимы водоросли или отмирают, или переходят на гетеротрофное питание.

Лимитирующее действие биогенов в континентальных водоемах. В реках и озерах содержание в воде биогенов зависит от минерального состава пород в бассейне и от активности редуцентов. Освещенность зависит от географической широты и от прозрачности воды (в реках и водохранилищах вода обычно мутная). Неглубокие равнинные реки обычно содержат много биогенов, такие воды называются эутрофные. Глубокие озера на кристаллических породах обычно содержат мало биогенов, такие воды называются олиготрофные. Промежуточное положение занимают мезотрофные воды. Активность редуцентов зависит от температуры и содержания кислорода. Поэтому в северных водоемах с отложениями торфа биогены находятся в связанном состоянии – такие воды называются дистрофные. Таким образом, продуктивность водорослей в реках и озерах колеблется в широких пределах, но, в целом, возрастает по мере продвижения к экватору.

Эвтрофикация водоемов. При повышении содержания биогенов в воде происходит эвтрофикация водоемов – значительное повышение продуктивности. Существует антропогенная и естественная (неантропогенная) эвтрофикация.

Антропогенная эвтрофикация водоемов вызывается: сбросами биогенов (в первую очередь, фосфатов), изменением гидрологического режима (скорость течения воды в водохранилищах замедляется; при падении уровня озер происходит мобилизация биогенов из донных отложений), смывом поверхностного слоя почвы и т.д. Антропогенная эвтрофикация водоемов приводит, как правило, к нарушению биологического равновесия: изменяется альгофлора (видовой состав водорослей), изменяется плотность популяций водорослей. Резко возрастает плотность популяций миксотрофных видов. Плотность популяций зеленых водорослей снижается. В дальнейшем при отмирании этих видов снижается содержание кислорода, повышается содержание сероводорода. Кроме того, ряд водорослей выделяет токсины, прямо убивающие гидробионтов.

Неантропогенная эвтрофикация наблюдается при изменении направления морских течений, при сезонном изменении освещенности и температуры. Печально известны «красные приливы» (бурное размножение пирофитовых водорослей), которые приводят к накоплению токсинов в тканях моллюсков и других гидробионтов. Это приводит к массовой гибели этих организмов и к пищевым отравлениям населения, употребляющего в пищу эти организмы.

Утилитарное значение водорослей относительно невелико. Некоторые водоросли используются в пищу, особенно при лечебном питании. Съедобные виды: ульва («морской салат»), ламинария («морская капуста»), порфира и некоторые другие. Чаще водоросли используются для производства пищевых добавок, сбалансированных по элементному составу. В прибрежных районах водоросли используются как удобрение, идут на корм скоту. Бурые и красные водоросли используются как техническое сырье для получения агар-агара, клеящих веществ. Некоторые виды считаются перспективными с точки зрения биотехнологии, например, хлорелла. Ряд видов используется в качестве индикаторов загрязнения вод, то есть в целях биомониторинга.

Водоросли широко используются в научных исследованиях в области экологии, генетики, физиологии, клеточной инженерии. Существует наука альгология, включающая систематику водорослей, их физиологию, экологию, биохимию, популяционную биологию, эволюционную альгологию и другие разделы.

Морские водоросли — полезные свойства Водоросли – сравнительно молодой продукт оздоровления. Интересно, что активно использовать их начали всего каких-то полвека назад. Сейчас уже научно доказана высокая биологическая активность морской флоры и высокая концентрация в ней необходимых человеку веществ. Люди, регулярно потребляющие морские водоросли, энергичны, характеризуются высоким уровнем интеллекта. Они медленнее других стареют и значительно реже болеют.

Пищевая ценность водорослей

Несмотря на то, что каждый отдельно взятый вид водоросли отличается уникальным химическим составом, у представителей съедобной морской флоры есть и общие черты, обуславливающие их пищевую и диетическую ценность.

Итак, морские водоросли содержат:

• витамины (A, группа B, в т.ч. витамин B5 или пантенол, C, D, K или менадион, PP, M или фолиевая кислота),
• каротиноиды,
• липиды с полиненасыщенными жирными кислотами,
• полисахариды (альгиновая кислота, глюканы, пектины, сульфатированные галактаны, фукоиданы, лигнины – прекрасный источник пищевых волокон),
• макроэлементы и микроэлементы (здесь безусловный рекордсмен – йод, концентрация которого в среднем составляет 800-1000 мг/кг),
• производные хлорофилла,
• растительные ферменты,
• стерины растительного происхождения,
• фенольные соединения

Поскольку у морских водорослей низкая калорийность (в среднем 7-15 ккал на 100 г), их с полным правом считают ценным диетическим продуктом. Поэтому чаще кушайте салаты с ароматами моря и запивайте их зеленым чаем. Водоросли разбухнут в желудке и устранят чувство голода.

Польза морских водорослей

У водорослей морского происхождения почти бесконечный список полезных свойств, обусловленный богатейшим химическим составом. Антиканцерогенные свойства этот продукт получил благодаря содержанию альгинатов, которые в избирательном порядке связывают и выводят из организма радионуклиды, соли тяжелых металлов и т.д. А соли альгиновой кислоты являются радиопротекторами, защитниками от вредного воздействия облучения. Ввиду перечисленных причин морская капуста (ламинария) – прекрасное профилактическое средство от рака и лейкемии. Антимутагенную активность морских водорослей можно объяснить растительными пигментами, такими как лютеин, хлорофилл и p-каротин. Над механизмами действия этих пигментов сегодня работают многие именитые ученые. Антиоксидантные свойства обеспечивает обширный комплекс витаминов, замедляющих процессы старения. Противовоспалительные и антибактериальные свойства морской флоре «подарили» биологически активные компоненты под общим названием иммунокорректоры. Они влияют на активность T-лимфоцитов и макрофагов, участвуют в синтезе иммуноглобулинов-A. А ведь именно дефицит последних в организме исследователи называют основной причиной хронических болезней дыхательных путей и мочеполовой системы с нарушениями в слизистых оболочках. Синтез простагландинов обеспечивают полиненасыщенные жирные кислоты морских водорослей, часть из которых в организме не вырабатывается. Простагландины – гормоноподобное вещество, обнаруженное во всех тканях (например, в стенках кровеносных сосудов), обладающее стимулирующим действием на гладкие мышцы матки и кишечника. Отсюда регуляция кровяного давления, помощь в оплодотворении и родах. Не случайно некоторые простагландины применяются в акушерской практике для регуляции схваток. Профилактика сердечно-сосудистых заболеваний, ожирения и диабета вместе с приемом бурых морских водорослей стала возможной благодаря высокой концентрации в них жирных кислот омега-3 с подтвержденными наукой гиполипидемическими свойствами.

Виды съедобных водорослей

Науке известно более 1000 видов морских водорослей, из которых в пищу идут далеко не все. И дело здесь вовсе не в их возможной ядовитости. Серьезно отравиться можно лишь пресноводными водорослями. Тем не менее, лишь некоторые морские водоросли прочно вошли в пищевой рацион человека. Какие водоросли сегодня наиболее активно используются в кулинарии и фармакологии (для производства пищевых добавок)?

Ламинария или морская капуста

 Относится к бурым  водорослям, прекрасный источник  йода (в редкой органической форме), подходит для лечения недостаточной  функции щитовидной железы, профилактики  эндемического зоба, стимуляции  обмена веществ, помогает при  отложении солей, радиационном облучении, склерозе, ожирении (содержит расщепляющий  жиры фермент). По концентрации  витамина C морская капуста может на равных соперничать с цитрусовыми фруктами. Противопоказания: не следует кушать ламинарию при туберкулезе и заболеваниях почек (в т.ч. пиелонефритах). Наибольшую пользу вы сможете извлечь из ламинарии в свежем виде, поскольку добавление уксуса при консервации и производстве салатов лишает водоросли внушительной части ценных свойств. Еще непременно прочитайте про популярную на Востоке разновидность ламинарии, бурую водоросль араме.

Фукус пузырчатый

 Относится к бурым  водорослям, известен высоким содержанием  витамина A (10 г сушеного продукта против 100 г моркови), витамина D (10 г против 10 кг абрикосов), железа (10 г против 1 кг шпината) и конечно йода (10 г против 11 кг трески). Данный вид морских водорослей обладает мочегонным эффектом, выводит токсины, стимулирует кровообращение, нормализует минеральный обмен. Они идентичны плазме человеческой крови по своему химическому составу. Фукоидин – вещество, обнаруженное учеными в фукусе, обладает иммуномодулирующей, противоопухолевой и антивирусной активностью, в том числе против ВИЧ-инфекции.

Спирулина

Относится к зеленым водорослям очень богата легко усваиваемыми белками (на 100 г порошкообразного продукта приходится 60-70 г белка). А это в три раза превышает белковую ценность соевых бобов. Не стоит забывать и про 18 различных аминокислот, каждая из которых нужна для здоровой полноценной жизни. Причем 8 аминокислот из этого списка организм синтезировать не умеет. Считается одной из самых популярных съедобных морских водорослей. Печально, что в свежем виде ее могут себе позволить только жители африканского побережья озера Чад и мексиканцы из Тескоко – территории естественного произрастания спирулины. Остальным приходится довольствоваться биологически активными добавками и полуфабрикатами. Пищевая ценность этой зеленой водоросли настолько велика, что ее научились разводить в искусственных условиях (в огромных чанах с теплой насыщенной углекислым газом водой) во Франции и Мексике.

Ульва или морской салат

Относится к зеленым водорослям с давних пор используется в пищу жителями Ирландии, Японии, Франции, Китая, Скандинавии. В морском салате много железа, питательных белков и клетчатки.

Порфира

Относится к красным водорослям препятствует развитию атеросклероза и снижает в организме уровень «плохого» холестерина. Данный вид морских водорослей может быть рекомендован сердечникам в качестве диетической добавки к пище. Еще порфира богата витаминами A, B12 и D.

Литотамния

Красная коралловая водоросль, отличается богатым минеральным составом (в ней насчитывается более 30 минеральных веществ), содержит высокие дозы магния и особенно железа. Для профилактики и оздоровления организма рекомендуемая суточная доза водорослей составляет 20 г для свежего, свежезамороженного или сухого прессованного продукта.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ботаника: Курс альгологии и микологии. Под ред. Ю. Т. Дьякова.
2. Водоросли // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона.
3. Водоросли. Г.С Антипина Петрозаводск 1992 г.
4. Белякова Г. А., Дьяков Ю. Т., Тарасов К. Л. Ботаника: в 4 т. Т. 2. Водоросли и грибы.
5. Водоросли. Справочник. — К.: Наук. думка, 1989. — С.