Водоросли: зелёные, бурые и красные
Сравним одноклеточные и многоклеточные формы, узнаем, как они питаются и размножаются, и разберём границы школьного слова «водоросли».
Федеральная программа · базовый уровень · 7 класс
Систематические группы растений
Элементы программы, раскрываемые в этом уроке:
- Общая характеристика водорослей
- Одноклеточные и многоклеточные зелёные водоросли
- Питание, дыхание, бесполое и половое размножение зелёных водорослей
- Бурые и красные водоросли
- Значение водорослей в природе и жизни человека
Как это устроено
Водоросли живут не только в море: зелёные формы встречаются в пресной воде, влажной почве и других освещённых влажных местах. Для фотосинтеза им нужны свет, углекислый газ, вода и минеральные вещества; живые клетки также дышат. У многоклеточных водорослей части слоевища могут специализироваться, но школьные «лист», «стебель» и «корень» ламинарии не являются настоящими органами цветкового растения.
Проследите оба процесса в одной живой клетке. При свете хлоропласт использует энергию света, воду и углекислый газ для образования органических веществ; кислород выделяется как продукт. Та же клетка круглые сутки расходует часть органических веществ при клеточном дыхании. Поэтому утверждение «водоросль только фотосинтезирует и совсем не дышит» неверно; в темноте фотосинтез прекращается, а дыхание продолжается.
У хламидомонады одна подвижная клетка с жгутиками, у хлореллы обычно неподвижная взрослая клетка, у спирогиры и улотрикса множество клеток соединены в нить. Их сравнивают по числу клеток, подвижности и форме хлоропласта. Эти признаки помогают распознаванию, но не заменяют изучение жизненных циклов и родственных связей.
У спирогиры внутри каждой клетки нити виден спиральный хлоропласт; у улотрикса хлоропласт обычно похож на пристеночный поясок. Это признаки, доступные на хорошем микропрепарате. Если жгутики на фотографии хламидомонады не видны, нельзя автоматически переписывать её в хлореллу: тонкие структуры могли не попасть в фокус или не сохраниться при изготовлении препарата. Записывайте отдельно то, что наблюдали, и то, что известно из описания вида.
Размножение может происходить без слияния клеток: делением, фрагментацией или спорообразованием. При половом процессе сливаются клетки или их содержимое, что приводит к новым сочетаниям наследственного материала. У спирогиры часто показывают конъюгацию, однако жизненные циклы разных зелёных, бурых и красных водорослей устроены неодинаково.
Не путайте фрагментацию и конъюгацию. Если нить спирогиры разорвалась и каждый живой кусочек вырос в новую нить, это бесполое размножение без слияния клеток. Если две нити образовали соединения и содержимое клеток слилось с образованием зиготы, это половой процесс. У ламинарии жизненный цикл иной: крупное видимое слоевище представляет одну стадию, а микроскопические стадии образуют гаметы. Не переносите такую схему на хлореллу или красные водоросли.
Бурые водоросли, включая ламинарию, относятся к иной крупной линии эукариот, чем зелёные и красные. Их бурый оттенок часто связан с фукоксантином; у многих красных водорослей заметную окраску даёт фикоэритрин. Все эти группы могут фотосинтезировать, но это не делает их одним видом или одним «классом цвета». Историческое название «сине-зелёные водоросли» для цианобактерий ещё встречается, однако цианобактерии — бактерии без ядра и хлоропласта, а не эукариотические водоросли из этой схемы.
Фотосинтезирующие водоросли участвуют в образовании органических веществ и кислорода, служат пищей многим водным организмам. Человек использует некоторые виды в пище, производстве агаровых веществ и исследованиях. Важно различать полезную роль всей группы в экосистемах и вред от массового развития отдельных видов при избытке питательных веществ в водоёме.
Один водоём не позволяет судить по цвету воды о конкретном организме и его опасности: массовое развитие могут давать разные водоросли и цианобактерии. При избытке питательных веществ и подходящих условиях число клеток может быстро расти; последующее разложение большой биомассы способно уменьшать содержание растворённого кислорода. Это экологический риск, а не доказательство того, что каждая отдельная водоросль вредна. Без анализа нельзя делать вывод о токсинах или пригодности воды для питья.
Рассмотрим красную водоросль на конкретном виде — хондрусе курчавом Chondrus crispus. Его многоклеточное слоевище состоит из уплощённых разветвляющихся частей и прикрепляющего диска; он живёт на камнях в нижней приливной зоне и мелководье Северной Атлантики. Настоящих корней, стебля и листьев у него нет. Свет используют пигменты хлоропластов; вода, растворённые минеральные вещества и углерод поступают из окружающей воды через поверхность слоевища. Живые клетки одновременно осуществляют дыхание. В цикле чередуются разные стадии, в том числе образующие гаметы и споры: конъюгация спирогиры не является его циклом. Из хондруса получают загуститель каррагинан; агар получают из других подходящих красных водорослей, поэтому «любая красная водоросль даёт агар» — неверный вывод.
Словарь урока
Каждое понятие — с примером
- Водоросли
Широкое учебное название разнообразных преимущественно водных фотосинтезирующих организмов без типичного для наземных растений деления тела на корень, стебель и листья.
Пример: Одноклеточная хлорелла и крупная бурая ламинария обе называются водорослями, хотя устроены по-разному.
Важно: В современной системе все водоросли не образуют одну естественную группу; школьное название описывает образ жизни и строение.
- Слоевище (таллом)
Тело водоросли или лишайника, не разделённое на настоящие корни, стебель и листья наземного растения. Оно может быть одноклеточным, нитчатым или крупным многоклеточным.
Пример: Широкие пластинчатые части ламинарии — части слоевища, а не настоящие листья дерева.
- Хлоропласт водоросли
Клеточная структура фотосинтезирующей эукариотической водоросли, содержащая пигменты и обеспечивающая превращение световой энергии в химическую. Форма и число хлоропластов зависят от группы и вида.
Пример: У спирогиры хлоропласт располагается спиральной лентой, а у многих хламидомонад он чашевидный.
Важно: Цианобактерии тоже фотосинтезируют, но их прокариотическая клетка не имеет хлоропласта.
- Фотосинтетический пигмент
Вещество, поглощающее свет определённых участков спектра и участвующее в получении энергии для фотосинтеза. Сочетание пигментов влияет на окраску, но видимый цвет не является единственным признаком родства.
Пример: У бурых водорослей буроватую окраску часто придаёт фукоксантин, а у многих красных — фикоэритрин.
- Хламидомонада
Род одноклеточных зелёных водорослей, клетки которых обычно передвигаются при помощи двух жгутиков и содержат хлоропласт для фотосинтеза.
Пример: На готовой микрофотографии хламидомонады можно увидеть жгутики и чашевидный хлоропласт.
- Хлорелла
Род мелких одноклеточных зелёных водорослей без жгутиков у обычной взрослой клетки; при наличии света её хлоропласт позволяет образовывать органические вещества.
Пример: Круглые клетки хлореллы изучают на микропрепарате, сравнивая с подвижной хламидомонадой.
- Спирогира
Род нитчатых зелёных водорослей; каждая нить состоит из ряда клеток со спирально расположенными хлоропластами.
Пример: Под микроскопом в клетках спирогиры заметны характерные зелёные спирали.
- Улотрикс
Род нитчатых зелёных водорослей, клетки которого образуют неветвящуюся нить; его хлоропласт обычно выглядит как поясок вдоль стенки клетки.
Пример: Улотрикс и спирогиру можно различать по форме хлоропласта на качественном препарате.
- Бесполое размножение водорослей
Образование новых особей без слияния половых клеток, например делением клетки, распадом нити на фрагменты или образованием специальных спор.
Пример: Из отделившегося участка нити спирогиры при подходящих условиях может вырасти новая нить.
- Половое размножение водорослей
Размножение, при котором происходит слияние половых клеток или клеточных содержимых, а затем возникает клетка с новой комбинацией наследственного материала.
Пример: У спирогиры при конъюгации содержимое двух клеток соединяется через образующийся канал.
Важно: У разных водорослей половые процессы различаются; конъюгация спирогиры не описывает все группы.
- Конъюгация спирогиры
Половой процесс, при котором между клетками двух нитей образуется соединение, содержимое клеток соединяется и возникает зигота. Это не простое удвоение числа клеток и не универсальный цикл всех водорослей.
Пример: На учебной схеме две нити спирогиры соединены трубочками; после переноса содержимого в одной из клеток формируется зигота.
- Прикрепляющая часть ламинарии
Часть слоевища крупной бурой водоросли, удерживающая её на субстрате. Её внешнее сходство с корнями не означает, что она является настоящим корнем сосудистого растения.
Пример: На каменистом морском дне ламинария удерживается прикрепляющей частью слоевища, а не корневой системой берёзы.
- Бурые водоросли
Отдельная эволюционная линия преимущественно морских многоклеточных водорослей, в хлоропластах которых, наряду с хлорофиллом, есть дополнительные пигменты, часто придающие буроватую окраску. Они не являются просто «потемневшими зелёными водорослями».
Пример: Ламинария закрепляется на дне прикрепляющей частью слоевища, но не имеет настоящих корней.
- Красные водоросли
Группа преимущественно морских водорослей с пигментами, позволяющими использовать свет в водной среде; окраска разных видов может быть не только ярко-красной.
Пример: Некоторые красные водоросли служат источником агара, используемого как загуститель и среда для выращивания микроорганизмов.
- Планктонная водоросль
Микроскопическая водоросль, обитающая во взвешенном состоянии в толще воды и входящая в фитопланктон. Это экологическое описание, а не название отдельной систематической группы.
Пример: Одноклеточные фотосинтезирующие организмы могут служить пищей мелким водным животным и участвовать в водной пищевой сети.
- Хондрус курчавый — Chondrus crispus
Конкретный вид многоклеточной красной морской водоросли: уплощённое ветвящееся слоевище прикрепляется к камню диском; это не настоящий корень.
Пример: У хондруса ветви слоевища многократно разделяются надвое, а окраска может изменяться от пурпурной до зеленоватой.
Важно: Английское название Irish moss не делает хондрус мхом.
Пример по шагам
В учебнике нарисованы «корень» и «листья» ламинарии. Можно ли считать их теми же органами, что у берёзы?
- Сравните функцию: прикрепляющая часть удерживает ламинарию, пластинка получает свет.
- Проверьте происхождение и внутреннее строение: это части слоевища водоросли, а не органы наземного растения с типичными тканями корня и листа.
- Используйте точные слова «прикрепляющая часть слоевища» и «пластинка слоевища».
Вывод: Внешнее сходство и общая функция не делают части слоевища настоящими корнем и листом берёзы.
Практическая работа
Сравнение учебных микропрепаратов водорослей
- Рассмотрите готовые препараты или проверенные микрофотографии хлореллы, хламидомонады, спирогиры и улотрикса с масштабом.
- Запишите для каждого, видна ли одна клетка или нить, и как расположены хлоропласты; отсутствие жгутика на одном кадре не считайте доказательством его отсутствия.
- Сопоставьте наблюдаемые признаки с описанием и отдельно обозначьте признаки, которые препарат не позволяет определить.
Что можно заключить: Сравнение препаратов показывает разнообразие организации зелёных водорослей; жизненный цикл и родство нельзя полностью установить по одному изображению.
Безопасность: Используйте готовые школьные препараты; не собирайте материал из загрязнённых водоёмов и не пробуйте водоросли на вкус.
Практическая работа
Временный препарат известного растения и готовый препарат водоросли
Учебные модельные данные — не результаты реального опыта
Если таблица шире экрана, прокрутите её по горизонтали.
| Материал | Что может быть различимо | Предел вывода |
|---|---|---|
| Кожица белой запасающей чешуи лука в воде | Соседние вытянутые клетки, заметные клеточные стенки; зелёных хлоропластов обычно нет | Не все растительные клетки зелёные; в неокрашенном препарате ядро может быть плохо различимо, мембрана отдельно от стенки обычно не видна |
| Подписанный постоянный препарат спирогиры | Нить из последовательных клеток; спиральные зелёные хлоропласты, если препарат их сохраняет | Спирогира — нитчатая водоросль; по одному изображению не устанавливают здоровье, полный цикл или точный вид |
| Круглое светлое пятно с тёмным ободком | Возможный пузырёк воздуха под покровным стеклом | Не объявлять отдельной клеткой или бактерией без проверки расположения и препарата |
Видимость зависит от толщины, освещения, состояния препарата и прибора. Реальную запись заполняют по своему полю зрения; признаки из готовой карточки нельзя переписывать как увиденное.
- Это очная работа с учителем. Материал: тонкая внутренняя кожица свежей пищевой луковицы Allium cepa, заранее отделённая учителем без повреждений и плесени, вода, пипетка без иглы, пинцет, целые предметное и покровное стёкла, световой микроскоп; для сравнения — подписанный постоянный препарат спирогиры. Кожица лука — ткань цветкового растения, а не водоросль.
- Сухими руками поставьте микроскоп на устойчивый стол; переносите его отключённым, поддерживая основание и стойку. Проверьте с учителем целость стёкол и расположение шнура. На предметное стекло нанесите каплю воды, расправьте небольшой выданный кусочек кожицы; учитель покажет, как опустить покровное стекло под углом, не нажимая на него, чтобы уменьшить пузырьки.
- Установите самый малый объектив, например 4× при окуляре 10×. Поместите образец над освещением, закрепите стекло. Под контролем учителя и согласно инструкции именно этого микроскопа найдите фокус: сближение объектива со стеклом контролируют сбоку, не допускают контакта. Сначала центрируйте участок на малом увеличении; на объективе 10× используйте тонкую фокусировку. Не применяйте иммерсионное масло.
- Запишите окуляр, объектив и общее увеличение: 10×4 = 40×, 10×10 = 100×. Зарисуйте несколько соседних клеток, подпишите действительно видимые границы и пузырьки отдельно. Для цифрового снимка сохраните параметры увеличения; без калибровки камеры и шкалы не выводите размер клетки по пикселям или размеру на экране.
- Затем тем же безопасным способом рассмотрите подписанный постоянный препарат спирогиры. Сравните наблюдения с учебными карточками ниже. Если ядро или мембрана не различимы, запишите не различаю, а не отсутствует. Проверьте: пузырёк перемещается/округлый и не образует ряд клеток, а клеточная граница входит в ткань или нить.
- После работы верните малый объектив, выключите прибор. Учитель организует разбор препарата и уборку стёкол; вымойте руки. Критерии: безопасный порядок, подпись материала, расчёт увеличения, рисунок видимого и отдельная запись ограничений. Само чтение карточек не означает выполнения микроскопии.
Что можно заключить: Ориентир для разбора: временный препарат имеет известный материал в капле воды и приготовлен для краткого наблюдения; постоянный препарат заранее зафиксирован и сохранён. При окуляре 10× общее увеличение с объективом 4× — 40×, с 10× — 100×. Кожица лука показывает ткань цветкового, спирогира — клеточную нить водоросли. Неразличимое ядро не делает клетку безъядерной; отсутствие зелёных хлоропластов у запасающей чешуи не отменяет принадлежности к растению. Отчёт по карточкам показывает разбор модели; владение микроскопом проверяют в очной работе.
Безопасность: Учитель руководит стеклом и прибором; при трещине или осколках остановитесь и сообщите ему, не собирайте стекло руками. Не применяйте ножи, красители, пламя и мазки с тела. Не выращивайте неизвестные бактерии или плесень, не открывайте чашки с колониями и не делайте бактериальные мазки вне специально оборудованной лаборатории; для грибов и бактерий используются подписанные готовые закрытые препараты или изображения.
Попробуйте сами
Запишите своё решение, затем сравните его с разбором. Развёрнутые ответы автоматически не оцениваются.
Открываем задания…
Сверка содержания
Раздел и элементы содержания сверены с федеральной программой. Текст и учебные схемы созданы для Умблика; схема не передаёт реальные размеры.
- ФРП ООО «Биология», базовый уровень, 5–9 классы
- ФРП биологии 5–9 классов, базовый уровень
- OpenStax Biology 2e: зелёные, красные и бурые водоросли
- OpenStax Biology 2e: экологические роли водных фотосинтетиков
- AlgaeBase: различие групп морских водорослей
- М. Гири, University of Galway / Seaweed.ie: строение, местообитание и каррагинан Chondrus crispus
- Seaweed.ie: карточка Chondrus crispus и репродуктивные стадии
- AmScope: порядок работы с микроскопом и малое начальное увеличение
- Carolina: безопасность микроскопа, стекла и руководство учителя
- ASM: границы безопасной работы с микроорганизмами в учебной лаборатории
- Rochester Institute of Technology: клетки кожицы луковицы в учебной микроскопии