Альгология и микология. Практикум

Вакуоли с клеточным соком становятся более заметными из-за прижизненной окраски слабым раствором нейтрального красного. Пульсирующие вакуоли можно наблюдать на живом материале в световом микроскопе благодаря их периодическому наполнению и опорожнению. Применение фазово-контрастного устройства, добавление 1%-го водного раствора танина, а также фиксация материала оксидом осмия облегчает выявление этих органелл.

Митохондрии хорошо окрашиваются (при свободном доступе кислорода) 0,1 %-м раствором зелени Януса. Поэтому каплю воды с водорослями на предметном стекле накрывают покровным стеклом лишь спустя некоторое время после добавления красителя.

Аппарат Гольджи при фиксации материала оксидом осмия темнеет. Его можно окрасить также 0,5%-м водным раствором трипанового голубого. Содержимое клетки окрашивается в синий цвет 0,01 %-м раствором метиленового голубого, в то время как аппарат Гольджи остается бесцветным.

При изучении видового состава водорослей определяют их размеры, являющиеся важными диагностическими признаками. Для измерения микроскопических объектов применяют окуляр-микрометр с измерительной линейкой. Цену делений окуляра-микрометра определяют с помощью объекта-микрометра (предметное стекло с нанесенной на нем линейкой, цена каждого деления которой 10 мкм) индивидуально для каждого микроскопа и объектива (подробнее см. в кн.: Голлербах, Полянский, 1951). При изучении линейных размеров водорослей измерения желательно проводить для большого количества экземпляров (10 – 100) с последующей статистической обработкой полученных данных.

Все изучаемые объекты тщательно зарисовываются с помощью рисовальных аппаратов (РА-4, РА-5) и фотографируются микрофотонасадкой (МФН-11, МФН-12).

При идентификации водорослей следует добиваться точности их определения. Изучая оригинальный материал, необходимо отмечать любые, даже незначительные отклонения в размерах, форме и других морфологических особенностях, фиксировать их в описаниях, на рисунках и микрофотографиях.

Методика количественного учета водорослей. Количественному учету могут подвергаться пробы фитопланктона, фитобентоса и перифитона. Данные о численности водорослей являются исходными для определения их биомассы и пересчета других количественных показателей (содержание пигментов, белков, жиров, углеводов, витаминов, нуклеиновых кислот, зольных элементов, интенсивность дыхания, фотосинтез и т.д.) на клетку или единицу биомассы. Численность водорослей может быть выражена в количестве клеток, ценобиев, отрезков нитей определенной длины и др.

Учет численности планктонных водорослей производят при помощи счетных камер (Фукс-Розенталя, Нажотта, Горяева и др.) при увеличении микроскопа в 420 раз. Полученное по меньшей мере из трех подсчетов среднее количество водорослей пересчитывают на определенный объем воды.

Так как субстратом для поселения водорослей могут быть подводные предметы (камни, сваи, растения, животные и т.п.), то в одних случаях количество водорослей рассчитывают на единицу поверхности, в других – на единицу массы. Например, при обильном обрастании водорослями высших растений или водорослей-макрофитов можно применять метод непосредственного взвешивания: сначала взвешивается обросшее растение, затем – после удаления с него эпифитов. Разница в весе дает биомассу оброста. Когда обрастание необильно, используют расчетный метод, т.е. с целого макрофита или с определенной навески его смывают оброет и разбавляют водой до известного объема (обычно не более 500 мл). Полученную взвесь просчитывают под микроскопом так же, как и при обработке планктонных сборов, и пересчитывают на весь объем взвеси. Таким образом получают количество клеток эпифитных водорослей для всего растения или его навески.

Для учета крупных водорослей донных макрофитов (Fucus и др.) можно употреблять квадратные рамки размером 0,5 х 0,5 м (0,25 м

), 0,25 х 0,25 (0,0625 м

), 0,17 х 0,17 м (0,0289 м

); для мелких водорослей (Corallina и др.) – размером 0,1 х 0,1 м (0,01 м

) и 0,05 х 0,05 м (0,0025 м

). Рамка накладывается на заросли, и все попавшие в нее водоросли выбираются с помощью скальпеля или ножа и взвешиваются на технических весах в лаборатории с точностью до 0,1 г. Биомасса вычисляется путем пересчета весовых данных на 1 м

.

Количественная характеристика распределения макрофитов определяется путем разрезов в наиболее типичных местах. Ширина разреза может составлять 5 – 10 м, а его протяженность, измеряемая рулеткой, зависит от уклона дна. На всем протяжении разреза через 0,5 – 25 м закладываются рамки количественного учета. Используя эту методику, можно определить общую биомассу макрофитов и отдельных форм. Для выяснения биомассы необходимо знать площадь покрытия дна в пределах исследуемой зоны. Она определяется визуально или точно (измерением).

1.3. Положение водорослей в современной системе органического мира

Для создания естественной системы органического мира систематики используют совокупность наиболее значимых признаков организмов, входящих в ту или иную таксономическую категорию. К таким признакам относятся:

1) историческое развитие группы живых организмов по ископаемым остаткам;

2) особенности морфологического и анатомического строения современных видов;

3) особенности размножения и эмбрионального развития;

4) физиологические и биохимические особенности;

5) кариотип, определяемый числом, размером и формой хромосом;

6) последовательность нуклеотидов в рРНК;

7) тип запасных питательных веществ;

8) распространение на нашей планете и ряд других.

Общепринятая система органического мира пока не создана. До сих пор у разных авторов число выделяемых империй, царств, подцарств, типов (отделов) неодинаково. Например, одни авторы рассматривают водоросли в составе пяти империй: Эубакгерии (liubacteria). Экскаваты (Excavates), Ризария (Rhizaria), Хромальвеоляты (Chromalveolata) и Растения (Plantae) и ряда царств – Церкозоа (Cercozoa), Страминопилы (Straminopila), Альвеолобионты (Alveolates), Зеленые растения (Viridiplantae) и др. Многие специалисты включают вышеназванные группы организмов в состав таких царств, как Protozoa, Chromista, Fungi (Mycota, Mycetalia), Plantae.

Одна из самых известных систем органического мира включает царства Bacteria, Protista (Protoctista), Fungi (Mycota), Plantae и Animalia.

Принципиально новым моментом в этой системе органического мира в сравнении с другими является выделение царства Протисты.

Название «царство Протисты» (Protista) предложено в 1866 г. Э. Геккелем. В его понимании состав протистов был достаточно произвольным, т.е. царство было сборной группой, в которую входили многие (но не все) одноклеточные организмы, часть просто устроенных многоклеточных и некоторые прокариоты (бактерии).

В течение XX в. сторонники выделения протистов в отдельное царство (Wittaker, 1969; Margulis, 1974; 1981; Patterson, 1994; Corliss, 1994) упрочили свои позиции, и хотя исключили из него бактерии и губки, но зато дополнили остальными простейшими, а также некоторыми грибами и водорослями. В настоящее время в состав царства Protista многие авторы относят все одноклеточные и колониальные эукариотные организмы, независимо от типа питания и функционирования. Это значит, что их рассматривают как особый уровень организации живой материи.

Ряд систематиков относят к протистам также дотканевых эукариот, которые, наряду с одноклеточными формами, могут быть представлены организмами, способными образовывать псевдоплазмодии, настоящие плазмодии (миксомицеты) и даже настоящие многоклеточные организмы (например, красные и бурые водоросли).

Понимание протистов именно как дотканевых (а не одноклеточных) позволяет различным авторам систем включать в их состав (в зависимости от того, что ученый понимает под тканью) все или некоторые группы многоклеточных водорослей (зеленые, красные, бурые), грибоподобные организмы, или «псевдогрибы» – гифохитридиевые (Hyphochytridiomycota), оомицеты (Oomycota) и лабиринтуловые (Labyrinthulomycota).

В результате царство Протисты объединило чрезвычайно разнородную группу организмов, часть из которых включали раньше в царство Животные (Простейшие), царство Грибы (миксомицеты, или слизевики, большинство низших грибов – хитридиомицеты и оомицеты), а также в царство Растения (эвгленовые, динофитовые, криптофитовые, диатомовые, золотистые, желтозеленые, зеленые водоросли).

Анализ строения и жизнедеятельности этих организмов в разных экологических условиях показывает, что их прежнее положение нуждается в пересмотре. Например, главным отличием растений от грибов и животных является способ питания: растения – автотрофы, а грибы и животные – гетеротрофы. Кроме того, важнейшими признаками, позволяющими более четко различать растения, грибы и животных, являются наличие или отсутствие клеточной стенки, размножение спорами, природа запасного углевода (типа крахмала или гликогена). С этих позиций такие организмы, как хламиномонада, вольвокс, динобрион, церациум, перидиниум и другие являются типичными растениями (отделы Зеленые, Золотистые и Динофитовые водоросли соответственно). Все они имеют клеточную стенку, хлоропласты (хроматофоры), фотосинтезирующие пигменты (хлорофиллы и каротиноиды) и, как следствие, фототрофный способ питания; запасный продукт у них—крахмал.

Однако многие из данных организмов имеют дорзовентральное строение тела (динофитовые водоросли), жгутики, трихоцисты, глотку, стигму (светочувствительный глазок), характерные для эвгленовых, криптомонад и других, а также гетеротрофное питание в темноте. Указанные признаки объединяют их с животными. Поэтому данные организмы некоторые авторы до сих пор относят к царству Животные.

Аналогичную ситуацию можно наблюдать и при анализе особенностей строения и жизнедеятельности миксомицетов (слизевиков) и низших грибов (с несептированным мицелием), у которых немало признаков, сходных как с растениями, так и с животными. Например, миксомицеты на той или иной стадии своего развития во многом похожи на амеб, способных активно передвигаться в пространстве и питаться гетеротрофно. Сходство же с грибами (наличие плодовых тел) у них конвергентное.

Известный ученый-ботаник академик А.Л. Тахтаджян писал (1990): «Выделение царства Протисты имеет одно бесспорное преимущество: в этом случае классификация грибов и особенно животных и растений становится более естественной».

Ключевое значение в построении системы протистов имеют такие ультраструкгурные признаки, как форма крист митохондрий, строение жгутикового аппарата, наличие и характер псевдоподий, организация покровов клетки, тип митоза и др.

Таким образом, для современной систематики водорослей характерно наличие множества систем, различающихся между собой в большей или меньшей степени не только на уровне небольших таксонов (роды, семейства, порядки, классы), но и на самых высоких таксономических уровнях (отделы, подцарства, царства,). Например, харовые водоросли в одном и том же объеме рассматриваются различными авторами в качестве отдела, класса или даже порядка. Более того, в одной системе их относят к царству Растения, в другой – к царству Протисты.

Другой пример. Цианобактерии являются типичными прокариотными организмами (в их клетках отсутствуют ядро и клеточные органеллы, характерные для эукариотов; имеются только рибосомы) и совершенно справедливо относятся к надцарству Procaryota. Вместе с тем по ряду существенных признаков (наличие, как у зеленых растений, хлорофилла а, каротиноидов, а также фикобилинов, как у красных водорослей, оксигенный тип фотосинтеза и др.) цианобактерии схожи с водорослями. В этой связи их часто называют синезелеными водорослями и рассматривают в курсе альгологии.

Многообразие существующих систем органического мира допускает определенную степень свободы их выбора. В данном пособии водоросли рассматриваются в составе разных царств – Eubacteria, Protista, Chromista и Plantae, а их классификация – по справочнику «Водоросли» (Вассер и др., 1989). Систематика отдела Зеленые водоросли (Chlorophyta) дается по книге «Жизнь растений», т. 3, 1977 г.

Систематика водорослей

1.4. Отдел Цианобактерии (Cyanobacteria), или синезеленые водоросли (Cyanophyta)

Цианобактерии, или синезеленые водоросли (или цианеи), представляют собой древнейшую уникальную в морфологическом и физиологическом отношении группу организмов. Многие свойства синезеленых водорослей (фиксация азота, прижизненные выделения органических веществ, оксигенный тип фотосинтеза) определяют их чрезвычайно важную роль в почве и водоемах. В последнее время цианеи стали объектами исследований биохимиков и физиологов, гидро- и микробиологов, генетиков и растениеводов, а также специалистов по космической биологии.

Отдел включает одноклеточные, колониальные и многоклеточные (нитчатые), от микроскопических до видимых простым глазом организмы различной морфологической структуры. Колониальные формы существуют на протяжении всей жизни или на отдельных стадиях развития водоросли. Многоклеточные цианеи живут отдельными нитями или собраны в дернинки. Они имеют симметричные или асимметричные, простые или разветвленные трихомы (тела), интеркалярную или апикальную зоны роста. У ряда нитчатых цианей имеются специализированные клетки – гетероцисты с сильно утолщенными бесцветными двухслойными оболочками. Они принимают участие в процессе фиксации атмосферного азота.

Клетка одета сложной по строению и составу пектиновой оболочкой, часто ослизняющейся, под которой располагается протопласт, как правило, лишенный вакуолей с клеточным соком. В клетке отсутствуют обособленное ядро, хроматофоры, аппарат Гольджи, митохондрии, эндоплазматическая сеть.

Цитоплазма делится на центральную часть – центроплазму (нуклеоплазму) и окрашенную периферическую – хроматоплазму. Строение центроплазмы – аналога ядра у синезеленых водорослей – близко к идентичным структурам бактериальных клеток и существенно отличается от строения клеток с оформленными ядрами.

В хроматоплазме расположены фотосинтезирующие ламеллярные структуры и пигменты: хлорофилл а, каротиноиды и билихромопротеиды (синие фикоцианин и аллофикоцианин и красный фикоэритрин), поглощающие свет в области 540 – 630 нм, которая слабо используется всеми другими фотосинтезирующими организмами (такой способностью обладают и красные водоросли). Благодаря уникальному и лабильному составу пигментов, цианеи способны к поглощению света различных длин волн.