Хламидомонада снежная (растение, цветок или дерево)


Арбузный снег

Красным или арбузным снегом (watermelon snow) называют природное явление, когда в приполярных или горных регионах выпадает снег малинового цвета. Цвет снегу придает пигмент антоксантин, который вырабатывают особые холодолюбивые одноклеточные водоросли Chlamydomonas nivalis (в переводе с латинского «Хламидомонада снежная»).

Обычно арбузный снег плохо различим — со стороны можно заметить разве что легкий, еле заметный глазу красноватый оттенок. Но стоит как-нибудь спрессовать такой снег (оставить в нем свой след, прокатиться по нему на лыжах, слепить из него снежок и т.д.) и он приобретает пастельную арбузную окраску.

Хламидомонада снежная (растение, цветок или дерево)

Известна своей особенностью существовать при низких температурах. Кроме неё еще есть более 350 видов таких водорослей. Попадая в атмосферу при испарении воды, они окрашивают снег в оттенки черного, бурого или желтого [1] .

Водоросль может развиваться на поверхности воды, снега и льда [1] .

Зацветает после самого темного и холодного периода зимы, при незначительном нагреве воды, которая зеленеет и, по мере того, как погода проясняется, розовеет или краснеет.

Температура +4С уже гибельна [1] .

Благодаря защите от ультрафиолетового излучения, которое опасно для других организмов на высотах, может размножаться на высоте до 3,7 км над уровнем моря [1] .

Аналоги

Существуют и другие водоросли снега и льда, обеспечивающие природное явление «цветение снега» [2] :

    Рафидонема снежная (Rhaph >Литература

Особенности представителей растительного мира Антарктиды

Антарктическая флора представляет собой группу растений, которая появилась миллионы лет назад на суперконтиненте Гондване. В настоящее время схожие растения также встречаются в нескольких районах Южного полушария, включая южную часть Южной Америки, юг Африки, Новую Зеландию, Австралию и Новую Каледонию.

Основываясь на сходстве их растительного мира, было выделено отдельное голантарктическое флористическое царство, которое включало южную часть Южной Америки, Новую Зеландию и некоторые группы южных островов.

Миллионы лет назад Антарктида была более теплой и влажной, и могла поддерживать жизнь многих видов растений, включая леса подокарповых и нотофагусов. Антарктида также была частью древнего суперконтинента Гондваны и стала единым континентом около 40 млн лет назад. Прежняя растительность впоследствии вымерла в Антарктиде, но по-прежнему является важной составляющей флоры Неотропики и (Южная Америка) и Австралазии, которые также были бывшими частями Гондваны.

Сегодня, суровый климат Антарктиды делает ее одним из самых негостеприимных мест на Земле, позволяя жить там сравнительно небольшому количеству живых организмов. Животных и растений здесь мало, и они были вынуждены приспособиться к суровым климатическим условиям континента. К тому же, экосистема на континенте хрупкая и легко нарушается человеческой деятельностью, загрязнением, глобальным потеплением, и истощением озонового слоя.

Читайте также:

Цветковые растения

В Антарктиде есть только два вида цветковых растений:

Колобантус кито

Это растение является вечнозеленой травой, вырастает до 5 см в высоту и имеет желтые цветы. Из-за изменений климата, колобантус кито стал охватывать в 5 раз больше ареала, чем раньше.

Луговик антарктический

Это еще одно трявянистое растение, которое встречается на территории Антарктиды. Его высота не превышает 20 см. За последние несколько десятков лет растение также увеличило свой ареал, более чем в 25 раз.

Другие растения

Многие растения Антарктиды встречаются в скалистых приморских и влажных местах обитания и, как правило, предпочитают субантарктические острова, где климат и среда обитания более снисходительные.

Лишайники

На материке насчитывается около 200 видов лишайников. Они вырастают всего лишь на 1 миллиметр каждые сто лет, а некоторые группы могут быть старше пяти тысяч лет.

Мхи не так выносливы, как лишайники, и растут медленно. В Антарктиде встречается более 100 видов мхов.

Водоросли

Водоросли растут в антарктических озерах, вблизи колоний птиц, влажной почвы и снежных полей. В течение лета водоросли образуют впечатляющие красные, желтые или зеленые пятна на снегу. В Антарктиде насчитывается более 700 видов водорослей.

Значение растений

Растения обычно находятся в основании пищевой цепи. В Антарктиде эту позицию занимает фитопланктон, живущий в верхних, освещенных солнцем уровнях Южного океана. Он питается веществами, поднимающимися из вод Атлантического, Тихого и Индийского океанов. Фитопланктон съедается крилем — маленьким морским рачком, который также выступает очень популярной пищей для пингвинов, китов и других крупных животных. По оценкам, в Южном океане насчитывается от 125 до 725 миллионов тонн фитопланктона, что делает его самым распространенным организмом на Земле.

Угрозы растительному миру Антарктиды

По мере того, как климат Антарктиды становится все более теплым, ледники и снежные покровы отступают, а шельфовые ледники, составляющие континент, начинают таять, обнажается бесплодная почва и обеспечивается более подходящая среда обитания для колонизации и роста растений. Это может быть хорошей новостью для местных растений, но это также открытое приглашение для неродственных и инвазивных видов, чтобы обосноваться здесь.

Предотвращение проникновения неместных растений на континент может быть затруднительным и требует большого сотрудничества со стороны многих посетителей, которые приезжают в Антарктику каждый год. Часто посетители, прибывающие на сушу, должны пройти через специальную обработку, которая смывает и убивает любые части растений или спор, желающих обрести новый дом. Очень важно, чтобы любой турист или посетитель знал об этом, и помните, что экосистема, в которую вы отправитесь в свой круиз по Антарктиде, очень хрупка и чувствительна к любому виду воздействий.

ВЛИЯНИЕ ХОЛОДА НА РАСТЕНИЯ И ПРИСПОСОБЛЕНИЯ К НЕМУ

Холодные почвы в сочетании с умереннотеплым режимом воздушной среды растений (а иногда и со значительным нагреванием надземных частей растений) — явление нередкое. Таковы условия жизни растений на болотах (см. с. 196) и заболоченных лугах с тяжелыми почвами, в некоторых тундровых и высокогорных местообитаниях и в обширных областях вечной мерзлоты (около 20% всей суши), где в период вегетации оттаивает лишь неглубокий, так называемый «деятельный» слой почвы. В условиях пониженных температур почвы после снеготаяния (0—10°С) проходит значительная часть вегетации ранневесенних лесных растений — «подснежников». Наконец, кратковременные периоды резкого несоответствия холодных почв и прогретого воздуха испытывают ранней весной многие растения умеренного климата (в том числе и древесные породы).
Еще в прошлом веке немецкий физиолог Ю. Сакс показал, что при охлаждении почвы до околонулевых температур (обкладывание горшка льдом) может наступить завядание даже обильно политых растений, поскольку при низких температурах корни не способны интенсивно всасывать воду. На этом основании в экологии распространилось мнение о «физиологической сухости» местообитаний с холодными почвами (т. е. недоступности влаги растениям при ее физическом обилии). При этом упускали из виду, что Сакс и другие физиологи свои опыты производили с достаточно теплолюбивыми растениями (огурцы, тыква, салат и др.) и что в природных холодных местообитаниях растения, для которых низкие температуры почв служат естественным фоном, возможно, реагируют на них совсем иначе. Действительно, современные исследования показали, что у большинства растений тундр, болот, у ранневесенних лесных эфемероидов отсутствуют те явления угнетения (затруднение всасывания воды, расстройства водного режима и т. д.), которые могли бы быть вызваны «физиологической сухостью» холодных почв. Это же показано и для многих растений в областях вечной мерзлоты. Вместе с тем нельзя полностью отрицать угнетающее влияние низких температур на всасывание влаги и другие стороны жизнедеятельности корней (дыхание, рост и др.), а также на активность почвенной микрофлоры. Оно без сомнения имеет значение в комплексе трудных условий для жизни растений в холодных местообитаниях. «Физиологическая сухость», «физиологическая засуха» из-за низкой температуры почв возможны в жизни растений в наиболее трудных условиях, например при выращивании на холодных почвах теплолюбивых растений или ранней весной для древесных пород, когда еще необлиственные ветви сильно нагреваются (до 30—35°С) и увеличивают потерю влаги, а интенсивная работа корневых систем еще не началась.
Каких-либо специальных морфологических приспособлений, защищающих от холода, у растений нет, скорее можно говорить о за-

Рис. 63. Розетка листьев древовидного растения Lobelia keniensis (высокогорья Кении, 4500 м, Восточная Африка) (по Hedberg О., 1964). А —днем, Б — ночью
щите от всего комплекса неблагоприятных условий в холодных местообитаниях, включающего сильные ветры, возможность иссушения и т. д. У растений холодных областей (или у переносящих холодные зимы) часто встречаются такие защитные морфологические особенности, как опушение почечных чешуй, зимнее засмоление почек (у хвойных), утолщенный пробковый слой, толстая кутикула, опушение листьев и т. д. Однако их защитное действие имело бы смысл лишь для сохранения собственного тепла гомеотермных организмов, для растений же эти черты, хотя и способствуют терморегуляции (уменьшение лучеиспускания), в основном важны как защита от иссушения. В растительном мире есть интересные примеры адаптаций, направленных на сохранение (хотя и кратковременное) тепла в отдельных частях растения. В высокогорьях Восточной Африки и Южной Америки у гигантских «розеточных» деревьев из родов Senecio, Lobelia, Espeletia и других от частых ночных морозов существует такая защита: ночью листья розетки закрываются, защищая наиболее уязвимые части — растущие верхушки (рис. 63). У некоторых видов листья опушены снаружи, у других в розетке скапливается выделяемая растением вода; ночью замерзает лишь ее поверхностный слой, а конусы нарастания оказываются защищенными от мороза в своеобразной «ванне».
Среди морфологических адаптаций растений к жизни в холодных местообитаниях важное значение имеют небольшие размеры и особые формы роста. Не только многие травянистые многолетни-

Рис. 64 Нанизм высокогорных растений. А — В — растения альпийского пояса Западного Кавказа, 3000—3500 м над уровнем моря (фото Примы В. М.). lt;4 —Jurinea; filicijotia; Б—Valdivia jormosa, В — Arabis caucasica; Г — карликовая ива — Salix her-
bacea (Восточные Карпаты, 1600 м над уровнем моря)

Рис. 64. Продолжение
ки, но также кустарники и кустарнички полярных и высокогорных областей имеют высоту не более нескольких сантиметров, сильно сближенные междоузлия, очень мелкие листья (явление нанизма, или карликовости) (рис. 64). Кроме хорошо известного примера — карликовой березки (Betula папа), можно назвать карликовые ивы (Salix polaris, S. arctica, S. herbacea) и многие другие. Обычно высота этих растений соответствует глубине снежного покрова, под которым зимуют растения, так как все части, выступающие над снегом, гибнут от замерзания и высыхания. Очевидно, в образовании карликовых форм в холодных местообитаниях немалую роль играют и бедность почвенного питания в результате подавления активности микробов, и торможение фотосинтеза низкими температурами. Но независимо от способа образования карликовые формы дают известное преимущество растениям в приспособлении к низким температурам: они располагаются в припочвенной экологической микронише, наиболее прогреваемой летом (см. рис. 51), а зимой хорошо защищены снежным покровом и получают дополнительный (хотя и небольшой) приток тепла из глубины почвы.
Другая адаптивная особенность формы роста — переход сравнительно крупных растений (кустарников и даже деревьев) от орто- тропного (вертикального) к плагиотропному (горизонтальному) росту и образование стелющихся форм — стланцев, стлаников, стланичков. Такие формы способны образовывать кедровый стланик (Pinus pumila), можжевельник (Juniperus sibirica, J. сот- munis, J, turkestanica), рябина и др. Ветви стланцев распластаны по земле и приподнимаются не выше обычной глубины снежного покрова. Иногда это результат отмирания ствола и разрастания нижних ветвей (например у ели, рис. 65), иногда это рост дерева как бы «лежа на боку» с плагиотропным, укоренившимся во многих

Рис. 65. Ветвление ели и переход к стланиковой форме в местообитаниях с сильными ветрами на верхней границе леса (Высокие Татры, Чехословакия)
(по Plesnik Р., 1971)
местах стволом и приподнимающимися ветвями (кедровый стланик, рис. 66). Интересная особенность некоторых древесных и кустарниковых стлаников — постоянное отмирание старой части ствола и нарастание «верхушки», в результате чего трудно определить возраст особи.
Стланики распространены в высокогорных и полярных областях, в условиях, которых уже не выдерживают древесные породы (например, на верхней границе леса). Своеобразные «стланиковые» формы в крайних условиях встречаются и у кустарничков (рис. 67), и даже у видов лишайников, обычно имеющих прямостоячий кустистый рост: на скалах Антарктиды они образуют стелющиеся слоевища,
Рис. 66. Кедровый стланик — Pinus pumila (по Тихомирову Б. А. из Шен-
никова А. П., 1950)

В зависимости от условий возможны видоизменения роста одного и того же вида (рис. 68). Но есть виды, целиком перешедшие к форме стланика, например горный сосновый стланик, произрастающий в Альпах и Карпатах — Pinus mughus, выделенный в качестве самостоятельного вида из сосны горной — Pinus montana.

Н 8
К числу форм роста, способствующих выживанию растений в холодных местообитаниях, принадлежит еще одна чрезвычайно

Рис. 68. Можжевельник туркестанский — Juniperus turkestanica на склонах хребта Терскей-Алатау (по Серебрякову И. Г., 1955). А — древовидная форма (лугово-лесной пояс, 2900 м над уровнем моря); Б — стланик (субальпийский пояс, 3200 м над уровнем моря)
своеобразная — подушковидная. Форма растения-подушки (рис. 69) образуется в результате усиленного ветвления и крайне замедленного роста скелетных осей и побегов. Мелкие ксерофильные листья и цветки расположены по периферии подушки. Между отдельными ветвями скапливаются мелкозем, пыль, мелкие камни. В результате некоторые виды растений-подушек приобретают большую компактность и необычайную плотность: по таким растениям можно ходить, как по твердой почве. Таковы Silene acaalis. Gypsophila aretioides, Androsace helvetica, Acantholimon diapensioides. Издали их трудно отличить от валунов. Менее плотны колючие подушки из родов Eurotia, Saxifraga.
Растения-подушки бывают разных размеров (до 1 м в поперечнике) и разнообразных очертаний: полушаровидные, плоские, вогнутые, иногда довольно причудливых форм (в Австралии и Новой Зеландии их называют «растительными овцами»).
Благодаря компактной структуре растения-подушки успешно противостоят холодным ветрам. Поверхность их нагревается почти так же, как и поверхность почвы, а колебания температуры внутри менее выражены, чем в окружающей среде. Отмечены случаи значительного повышения температуры внутри подушки; например, у наиболее распространенного вида высокогорий Центрального Тянь- Шаня Dryadanthe tetrandra при температуре воздуха 10°С внутри

ikill ( .ivLu іг.л

Рис. 69 Растения-подушки (по Кернеру А., 1896; Заленскому О. В., 1948; Тихомирову Б. А., 1963; Strasburger Е.. et al., 1962; Hedberg О., 1964). А — схема ветвления растения-подушки; Б — высокогорный африканский злак — Festuca pilgeri с подушкообразной дерниной; В —арктическое растение-по
душка — Minuartia’ arctica; Г — высокогорное памирское растение-подушка — Acantholimon diapensioides; Д — гигантские подушки («растения-овцы») в горах Австралии

подушки температура доходила до 23°С благодаря аккумуляции тепла в этом своеобразном «парнике». В связи с медленным ростом растения-подушки по долговечности вполне сравнимы с деревьями. Так, на Памире подушка Acantholimoti hedini диаметром 3 см имела возраст 10—12 лет, при 10 см — 30—35 лет, а возраст крупных лодушек достигал не одной сотни лет.
В пределах общей формы растений-подушек существует экологическое разнообразие: например в горах, окружающих Средиземное море, распространены менее компактные по строению ксе- рофильные «колючие подушки», которые не встречаются высоко в горах, так как малоустойчивы к холоду, но зато очень устойчивы к засухе. Рыхлое строение подушки здесь оказывается более выгодным для растения, чем компактное, так как в условиях летней засухи и сильной инсоляции снижает опасность перегрева ее поверхности. Температура поверхности средиземноморских подушек обычно ниже температуры воздуха благодаря сильной транспирации, а внутри подушки создается особый микроклимат; например, влажность воздуха держится на уровне 70—80% при влажности наружного воздуха 30%. Таким образом, здесь форма подушки — это приспособление к совсем иному комплексу факторов, отсюда и ее иная «конструкция».
Среди других особенностей роста, помогающих растениям преодолевать действие холода, следует еще упомянуть различные приспособления, направленные на углубление зимующих частей растений в почву. Это развитие контрактильных (сократительных) корней — толстых и мясистых, с сильноразвитой механической тканью. Осенью они высыхают и сильно сокращаются в длину (что хорошо заметно по поперечной морщинистости), при этом возникают силы, втягивающие в почву зимующие почки возобновления, луковицы, корни, корневища (рис. 70).
Контрактильные корни встречаются у многих растений высокогорий, тундр и других холодных местообитаний. Они позволяют, в частности, успешно противостоять морозному выпиранию растений из почвы. В последнем случае они не только втягивают почку возобновления, но и ориентируют ее перпендикулярно поверхности, если растение повалено. Глубина втягивания контрактильными корнями варьирует от сантиметра до нескольких десятков сантиметров в зависимости от особенностей растения и механического состава почвы.
Адаптивное изменение формы как защита от холода — явление, ограниченное в основном холодными районами. Между тем действие холода испытывают и растения более умеренных областей. Гораздо более универсальны физиологические способы защиты. Они направлены прежде всего на снижение точки замерзания клеточного сока, предохранение воды от вымерзания и т. д. Отсюда такие особенности холодостойких растений, как повышение концентрации клеточного сока, главным образом за счет растворимых углеводов. Известно, что при осеннем повышении холодостойкости («закаливании») крахмал превращается в растворимые сахара. Другая черта

Самое необычное растение, о котором вы ничего не знали:  Розовик (растение, цветок или дерево)

Рис. 70. Контрактильные корни. А — Arum maculatum (углубление в почву от прорастания семени до взрослого растения); Б — участок корня Lilium martagon с поперечными морщинами (по Strasburger Е. et al., 1962);
В — луковицы Scilla sibirica

холодостойких растений — повышение доли коллоидно-связанной воды в общем водном запасе.
При медленном снижении температуры растения могут вынести охлаждение ниже точки замерзания клеточного сока в состоянии переохлаждения (без образования льда). Как показывают эксперименты, уровень точек переохлаждения и замерзания тесно связан с


А Б
I 2 | З | 4 | 5 | S | 7
1 ’і L п II р
I I
Рис. 71. Точки переохлаждения и замерзания у дубравных растений. А — ранневесенние эфемероиды; Б — летневегетирующие виды:
1 — Scilla sibirica, 2 — Corydalis halleri, 3 — Gagea lutea, 4 — Ficaria verna, 5 — Aego- podium podagraria, 6 — Asarum europaeum, 7 — Stellaria holostea. a — подземные органы, б — листья. На каждой вертикальной линии нижняя точка — температура переохлаждения, верхняя — температура замерзания
температурными условиями обитания (рис. 71). Однако у растений состояние переохлаждения возможно лишь при небольшом холоде (несколько градусов ниже нуля). Гораздо более действенным этот путь адаптации оказывается у других пойкилотермных организмов— насекомых, у которых роль антифризов играют глицерин, трегалоза и другие защитные вещества (открыто зимующие насекомые могут вынести переохлаждение клеточных соков без замерзания до —30°С).
Многие растения способны сохранять жизнеспособность и в промерзшем состоянии. Есть виды, замерзающие осенью в фазе цветения и продолжающие цвести после оттаивания весной (мокрица — Stellaria media, маргаритка — Beilis perennis, арктический хрен — Cochlearia fenestrata и др.). Ранневесенние лесные эфемероиды («подснежники») в течение короткой вегетации неоднократно переносят весенние ночные заморозки: цветки и листья промерзают до стекловидно-хрупкого состояния и покрываются инеем, но уже через 2—3 ч после восхода солнца оттаивают и возвращаются в обычное состояние. Хорошо известна способность мхов и лишайников переносить длительное промерзание зимой в состоянии анабиоза. В одном из опытов лишайник Cladonia замораживали при —15°С на 110 недель (более двух лет!). После оттаивания лишайник оказался живым и вполне жизнеспособным, у него возобновились фотосинтез и рост. Очевидно, у лишайников в крайне холодных условиях существования периоды такого анабиоза очень длительны, а рост и активная жизнедеятельность осуществляются лишь в короткие благоприятные периоды (причем не каждый год). Такое частое прерывание активной жизни на долгие сроки, по-видимому, объясняет колоссальный возраст многих лишайников, определенный радиоуглеродным методом (до 1300 лет у Rhizocarpon geographicum в Альпах, до 4500 лет у лишайников в Западной Гренландии).
Рис. 72. Зависимость фотосинтеза от температуры у растений различных по тепловому режиму местообитаний (по данным разных авторов, схематизировано):
/ — субарктический лишайник — Nephroma arcticum (Сев. Финляндия), 2 — осока — Carex melanostachya (высокогорная криофильная пустошь, Гиссар- ский хребет, Таджикистан), 3—арктический вид — Oxytropis tschuktschorum (о, Врангеля), 4—ранневесенний эфемероид — Leticojum vertium (Австрия), 5 — лиственница — Larix decidua (Австрия), 6 — лимои — Citrus limonum (культура с зимней защитой от морозов)

Анабиоз — «крайняя мера» в борьбе растения с холодом, приводящая к приостановке жизненных процессов и резкому снижению продуктивности. Гораздо большее значение в адаптации растений к холоду имеет возможность сохранения нормальной жизнедеятельности путем снижения температурных оптимумов физиологических процессов и нижних температурных границ, при которых эти процессы возможны. Как видно на примере оптимальных температур для фотосинтеза (рис. 72) и его нижних температурных порогов, эти явления хорошо выражены у растений холодных местообитаний. Так, у альпийских и антарктических лишайников для фотосинтеза оптимальна температура около 5°С; заметный фотосинтез удается обнаружить у них даже при —10°С.
При сравнительно низких температурах лежит оптимум фотосинтеза у арктических растений, высокогорных видов, ранневесенних эфемероидов. Зимой при отрицательных температурах способны к фотосинтезу многие хвойные древесные породы. У одного и того же вида температурные оп- тимумы фотосинтеза связаны с изменением условий; так, у альпийских и арктических популяций травянистых многолетников — Оху- ria digyna, Thalictrum alpinum и других видов они более низкие, чем у равнинных. Показательно в этом отношении и сезонное смещение оптимума по мере повышения температуры от весны к лету (рис. 73, А) и снижения от лета к осени и зиме (рис. 73, Б).
При низких температурах для растений чрезвычайно важно сохранить достаточный уровень дыхания — энергетической основы роста и репарации возможных повреждений холодом. На примере ряда растений памирских высокогорий показано, что в этих условиях довольно интенсивное дыхание сохраняется после действия іемпературьі от —6 до —10°С (рис. 74).
Еще один пример устойчивости физиологических процессов к холоду— зимний и предвесенний подснежный рост у растений тундр, ¦высокогорий и других холодных местообитаний с коротким вегетационным периодом, обусловленным заблаговременной подготовкой. Это явление чрезвычайно ярко выражено у эфемероидов лесостепных дубовых лесов (пролески — Scilla sibirica, хохлатки — Gorydalis halleri, гусиного лука — Gagea lutea, чистяка — Ficaria
А

Рис. 73. Сезонное смещение температурного оптимума фотосинтеза. А — полынь — Artemisia turanica (юго-западные Кызылкумы, по Захарьянцу И. Л. и др., 1973):
/ — весна (конец апреля), 2 — лето;
Б — лавровишня — Laurocerasus officinalis (вечнозеленый кустарник, Австрия, по Pisek A. et al., 1969):
І — зима, 2 — лето
verna и др.), у которых уже в начале зимы начинается рост побегов со сформированными внутри бутонами (вначале в промерзшей почве, а затем над почвой, внутри снежного покрова — рис. 75). Не прекращается у них зимой и формирование генеративных органов. По мере приближения сроков снеготаяния скорость подснежного роста заметно возрастает. В пору раннего «предвесенья», когда лес кажется еще совсем безжизненным, под снеговым покровом над почвой уже возвышаются тысячи ростков пролески и гусиного лука,

-12 -10 -8 -6 -В -2 О
1 1 I 1 I L. і.

Рис. 74. Температурные зоны дыхания некоторых высокогорных растений Восточного Памира (по Семихатовой О. А., 1956). Зоны: / — нормального дыхания, II — обратимого изменения дыхания, III — подавленного
дыхания:
Виды: / — горец — Polygonum viviparum, 2 — первоцвет — Primula pamirica. З — полынь — Artemisia rhodantha, 4 — терескен — Eurotia ceratoides
Рис. 75 Подснежный рост ранневесенних эфемероидов в дубовом лесу Раскопка снега в марте. Видны ростки ветреницы лютичной и хохлатки Галлера (Ув.)

достигающих к этому времени 2—7 см высоты и готовых начать цветение, как только сойдет снег. Образование хлорофилла у ранневесенних эфемероидов также начинается при низких температурах порядка 0°С, еще под снегом.
Экологические различия холодостойкости растений. В экологии и экологической физиологии в качестве одного из показателей устойчивости к холоду используется способность растения переносить низкую температуру в экспериментальных условиях в течение определенного срока. Накоплено много данных, позволяющих сравнивать растения различных по температурным условиям местообитаний. Однако эти данные не всегда строго сравнимы, поскольку температура, которую способно вынести растение, в числе прочих причин зависит и от продолжительности ее действия (так, небольшой холод порядка —3—5°С умеренно теплолюбивое растение способно вынести в течение нескольких часов, но та же температура может оказаться губительной, если будет действовать несколько суток). В большинстве экспериментальных работ принято охлаждение растений в течение суток или близкого срока.
Как видно из нижеследующих данных и рис. 76, холодостойкость растений весьма различна и зависит от. условий, в которых они обитают.
Холодостойкость растений’ различных экологических групп (по Библю Р., 1965, с использованием данных разных авторов)

Уровень холодостойкости, °0
5—14
5—6
(в течение 2—4 суток), 15—17 (в течение 15—20 суток)
Группа растений
Водоросли тропических морей . . . Низшие термофильные грибы . . .
2—4 От 0 до 7
От —9 до—15
» — 5,5 » —13,5 »— 11,5 » —20
» _ 19 » _40
» — 2,5 » —5,5
» — 28 » —36
» — 34 » —47
Оранжерейные декоративные культуры (выходцы из тропических лесов)
Водные цветковые
Средиземноморские вечнозеленые деревья и кустарники
Лесные травы, зимующие подземные
органы
Лесные травы, зимнезеленые листья Лиственные деревья, зимующие почки
Лиственные деревья, распускающиеся листья
Карликовые кустарнички альпийской зоны
Один из крайних примеров холодостойкости — так называемый «криопланктон». Это снежные водоросли, живущие в поверхностных слоях снега и льда и при массовом размножении вызывающие его окрашивание («красный снег», «зеленый снег» и т. д.). В актив-
Хвойные деревья, верхняя граница леса х
ных фазах они развиваются при 0°С (летом на оттаявшей поверхности снега и льда). Пределы устойчивости к низким температурам от —36°С у Chlamydomonas nivalis до —40, —60°С у Pediast- rum boryanum, Hormidium flaccidum. Столь же велика холодостойкость фитопланктона полярных морей, нередко зимующего в корке льда.
Большой холодостойкостью отличаются альпийские карликовые кустарнички — Rhododendron ferrugineum, Erica сатеа и др. (—28,
0 -5
Тропики Субтропики
Области с мягкой зимой Области с суровой зимой

-10 -15 -20 -25 -30 -35 Г С

Рис. 76. Чувствительность к холоду древесных растений иа различных климатических областей (по Larcher W., 1971).
Степень повреждения в эксперименте: 1 — начало повреждения, 2 и 3 — гибель 50 и 100% экземпляров. Верхний край полосы соответствует наиболее чувствительному виду, НИЖНИЙ край — наименее чувствительному
—36°С), хвойные древесные породы: так, для сосны Pinus strobus в Тирольских Альпах в экспериментах отмечена рекордная температура: —78°С.
Совсем небольшая холодостойкость у растений тропических и субтропических областей, где они не испытывают действия низких температур (за исключением высокогорий). Так, для водорослей тропических морей (особенно мелководных районов) нижняя температурная граница лежит в пределах 5—14°С (вспомним, что для водорослей арктических морей верхняя граница составляет 16°С). Саженцы тропических древесных пород гибнут при 3—5°С. У многих тропических термофильных растений, например декоративных оранжерейных видов из родов Gloxinia, Coleus, Achimenes и др., понижение температуры до нескольких градусов выше нуля вызывает явления «простуды»: при отсутствии видимых повреждений через некоторое время останавливается рост, опадают листья, растения завядают, а затем и гибнут. Известно это явление и для теплолюбивых культурных растений (огурцов, томатов, фасоли).
Очень невелика устойчивость к холоду у термофильных плесневых грибов из родов Mucor, Thermoascus, Anixia и др. Они гибнут за три дня при температуре 5—6°С и даже температуру 15—17°С не могут выносить дольше 15—20 дней.
В связи с неравномерностью прихода солнечного тепла в разные сезоны года в умеренных и высоких широтах период, обеспеченный теплом для активной жизнедеятельности растений, ограничен лишь определенным отрезком года — вегетационным сезоном. В годовой динамике температур четко выражен более или менее продолжительный холодный период, когда преобладают отрицательные температуры и активная жизнедеятельность растений невозможна.
В качестве основной адаптации к этому сезонному ритму климатических условий у растений и других пойкилотермных организмов (а также некоторых гомеотермных) в годичном цикле развития чередуются активные и покоящиеся фазы. Однолетние растения после завершения вегетации переживают осень и зиму в виде семян, многолетние переходят в состояние осенне-зимнего покоя.
Состояние покоя у растений характеризуется рядом физиологических особенностей, дающих возможность переносить холод и все другие невзгоды осенне-зимнего периода. Потеря листьев при осеннем листопаде деревьев, кустарников, кустарничков, отмирание надземных частей многолетних травянистых растений — это сокращение транспирирующей поверхности, необходимое зимой, когда корни не способны пополнять большие потери воды, а также сокращение излишних расходов запасных веществ на дыхание листьев.
У зимующих частей растений уменьшается содержание воды (особенно ее свободной формы) и проницаемость цитоплазмы, резко замедляется скорость окислительно-восстановительных процессов (снижается интенсивность дыхания), значительно падает содержание ауксинов и других ростовых веществ. Все эти изменения в целом означают понижение интенсивности обмена веществ и блокирование (если не полное, то частичное) путей взаимодействия с окружающей средой, что уменьшает восприимчивость растений к неблагоприятным и повреждающим влияниям.
В состоянии покоя растения обладают повышенной устойчивостью к различным экстремальным факторам: нагреву, высушиванию и т. д., а также к ядам и другим неэкологическим воздействиям. Но особенно важно то, что в это время значительно увеличивается холодостойкость. Многочисленные исследования на самых разных растительных объектах позволили установить соответствие сезонного хода температур уровню холодостойкости (рис. 77). В состоянии покоя растения способны выдерживать длительное и сильное охлаждение. Не защищенные снеговым покровом почки лиственных деревьев и кустарников, хвоя и почки хвойных в областях с суровыми зимами выносят 40°-ные морозы. В опытах с глубоким охлаждением было показано, что ветви древесных пород в состоянии зимнего покоя выдерживают кратковременное пребывание при ¦—200°С, а покоящиеся семена и споры — от —190 до —197°С. По окончании покоя, когда в растении возобновляются активные процессы сокодвижения, деления клеток, роста и т. д., холодостойкость резко падает. Так, у европейских лиственных древесных по-

ний (А) и суточные минимумы температур в их местообитаниях (Б) (по Ulmer W.,
1937):
1 — Calluna vulgaris, 2 — Rhododendron ferruglneum, 3 — Loiseleuria procumbens, 4 — Pinus cembra
А Б Б Г
Рис 78. Устойчивость к холоду зимующих почек ясеня Fraxinus ornus и ее сезонные изменения (по Mair В., 1968). А — конец ноября; Б — декабрь; В — начало апреля (набухание); Г — середина апреля (развертывание). Цифрами с буквой К .обозначена устойчивость камбия
род зимующие почки могут вынести морозы от —20 до —30°С, а для распускающихся листьев уже —3, —4СС могут быть гибельными (рис. 78). Известно, как легко побиваются поздневесенними заморозками почки, тронувшиеся в рост.

Месяцы
Рис. 79. Динамика глубины осенне- зимнего покоя у дубравных растений: I — Scilla sibirica, 2 — Asarum europaeum,
З — Aegcpodium podagrarla. По оси ординат — число дней от перенесения из природных условий в тепло до начала развития
В течение всего осенне-зимнего периода покоящиеся растения в большинстве случаев не обнаруживают никаких внешних признаков изменения. Однако в этот период в растениях происходят глубокие внутренние сдвиги, и их состояние в конце зимы сильно отличается от осеннего. Это хорошо видно по изменению способности растений реагировать на оптимальные тепловые условия (рис. 79). Если на первом этапе покоя (осенью или в начале зимы) поставить в воду срезанную ветку дерева или выкопать из-под снега травянистый многолетник и поместить их в тепло, то почки не раскрываются очень долго (а у некоторых не раскрываются совсем). В это время не удается вывести растения из состояния покоя и другими воздействиями, например теплыми ваннами, химическими или механическими раздражителями. Эта фаза получила название глубокого, или органического, покоя. Уже в декабре — начале января срок от момента внесения в тепло до распускания почек сокращается, т. е. покой становится менее глубоким. Начиная с середины — конца января, растения реагируют на действие тепла очень быстро: почки распускаются через 2—3 дня, и в последующие месяцы это состояние уже не меняется. Иными словами, растения готовы к возобновлению развития, глубокий покой окончен, но начало развития в природе невозможно из-за низких зимних температур, и потому эту фазу называют вынужденным покоем.
Сопоставление сроков смены глубокого и вынужденного покоя с ходом природных температур показывает, что у большинства растений умеренных широт покой, по существу, кончается не весной, а в самый разгар зимы, тогда, когда обычно наступают сильные холода. Однако не следует забывать об особенностях того природного режима температур, на фоне которого складывалась смена фаз покоя. Осенний период с его неустойчивым температурным режимом, частой сменой похолоданий и потеплений опасен для растений тем, что кратковременные потепления могут вызвать возобновление роста и развития и стать толчком к началу новой вегетации. Нетрудно представить гибельные последствия таких про-

вокаций в последующие зимние месяцы. Адаптивный смысл глубокого покоя как раз и заключается в защите против возможных осенних провокаций преждевременного начала развития. Когда наступают устойчивые холода, необходимость в глубоком покое отпадает, поскольку теперь от возобновления развития растения достаточно надежно предохраняют низкие зимние температуры. Не случайно у большинства растений умеренных широт переход от глубокого покоя к вынужденному обычно совпадает с тем временем, когда прекращаются оттепели и устанавливаются устойчивые низкие температуры.
Фаза глубокого покоя выражена не у всех растений: некоторые травянистые многолетники способны продолжать развитие в тепле и осенью (рис. 79, 3), т. е. в течение всего осенне-зимнего периода в природных условиях они находятся в состоянии вынужденного покоя. Обычно это сравнительно теплолюбивые растения, и от осеннего возобновления вегетации их предохраняют высокие температурные пороги начала развития.
Подготовка растений к состоянию покоя происходит заблаговременно (так же, как и у животных, впадающих в спячку или диапаузу). Задолго до наступления холодов начинаются пожелтение и сбрасывание листвы у деревьев и кустарников, процессы «вызревания» побегов (одревеснение, утолщение пробкового слоя). У многолетних травянистых растений и озимых культур происходит закаливание— накопление растворимых углеводов и других защитных веществ, повышающих морозостойкость. Зимующие почки водных растений опускаются на дно водоемов. Эта заблаговременность обеспечивается природным сигналом, вслед за которым неизбежно наступает понижение температуры, — изменением фотопериода, т. е. осенним сокращением дня. Экспериментально показано, что именно осенний фотопериод вызывает начало листопада, увеличение морозостойкости (рис. 80), вызревание древесных побегов и другие формы подготовки растений к покою, так же как и предзимние явления в животном мире: отлет птиц, впадение насекомых в диапаузу, животных в спячку.
Сокращение дня служит очень удачным сигналом, поскольку оно ежегодно наступает с астрономической точностью. Однако это не означает, что и осенние явления в растительном мире каждый год наступают в одни и те же календарные даты. Это связано с тем, что приуроченность осенних явлений к конкретным условиям года регулируется не только световым, но и температурным фактором, который вносит определенную «поправку» к восприятию фотопериода. Есть данные, показывающие, что одна и та же длина дня в теплую осень воспринимается как более длинная (т. е. как продолжение лета), а при похолоданиях — как более короткая.
Окончание состояния покоя и начало нового вегетационного периода (начало сокодвижения у деревьев, раскрывание почек, отрастание побегов, бутонизация и т. д.) происходят под действием весеннего повышения температуры, т. е. гораздо позже, чем заканчивается фаза глубокого покоя у растений (в середине зимы).

Самое необычное растение, о котором вы ничего не знали:  Гастродия высокая (растение, цветок или дерево)

Рис. 80. Пример влияния фотопериодического режима на подготовку растений к зиме (по Мошкову Б. С., 1Э61). Саженцы амурского бархата в Ленинграде, выращенные на естественном дне (А), полностью вымерзли при перезимовке; выращенные на искусственно укороченном дне (Б) сохранились

Что же здесь служит сигнальным фактором? Им могло бы быть предвесеннее удлинение фотопериода, однако большинство растений в это время находится в безлистном состоянии, а фотопериоди- ческая информация, как известно, воспринимается зеленым листом. Понять, какие влияния среды необходимы для выхода растений из глубокого покоя, помогает анализ поведения растений при различном темпера- «.
Рис. 81. Опыт, демонстрирующий необходимость осеннего холода для прохождения годичного цикла развития (на примере хохлатки Corydalls halleri).
А — растения, содержавшиеся осенью при температуре 5°С, нормально цветут и плодоносят при выгонке в тепле; Б — задержка развития после теплой осени (18°С).
Фенофазы: / — прорастание, 2 — бутонизация, 3 —
цветение и плодоношение, 4“ отмирание. Жирная линия — период холода
18°С
el
5’С
16°С
II III Месяцы
IX X XI XII
турном режиме в экспери- менте (рис. 81). Если, начиная с осени, содержать растения не на естественном температурном фоне, а при комнатной температуре (иными словами, лишить его холода осенью и в начале зимы), то выход из состояния покоя сильно задерживается и дальнейшее развитие тормозится (в частности, у многих видов выпадают генеративные фазы). Потребность растений умеренных широт в осенних пониженных температурах для нормального цикла
развития была многократно показана на самых разных объектах Е Для некоторых культурных растений (например, озимых злаков) она получила название яровизации: если проросшие семена не подвергнутся действию осеннего холода, в следующее лето не наступит колошение.
В экспериментах показано, что потребность в пониженных температурах у зимующих растений приурочена имени» к осенним месяцам. Продолжительность действия холода должна быть не менее 2—3 месяцев, а температура не выше 3—5°С.
В природных условиях необходимую дозу холода растение получает к началу зимы и, возможно, это является своеобразным сигналом окончания того периода, когда необходимо защитное действие глубокого покоя против преждевременных потеплений, провоцирующих развитие. По-видимому, здесь действует механизм накопления информации из внешней среды до определенной величины, после чего эта информация (доза холода) срабатывает как сигнал для перехода из состояния глубокого покоя в состояние вынужденного.
Потребность в пониженных температурах в осенний период и в
1 Аналогичное явление, получившее название «реактивации», существует и у других живых организмов — насекомых, впадающих в осенне-зимнее покоящееся состояние (диапаузу).
тепле в период вегетации означает, что для растений умеренных широт имеет значение не только общий уровень тепла, но и определенное распределение его во времени. Так, если в опыте (рис. 82) растениям дать одинаковое количество тепла, но по-разному распределенное: одному теплое лето и холодную зиму, а другому соответ-

Рис. 82. Схема сезонного термопериодизма на примере пролески Scilla sibirica. А — нормальная сезонная смена температур: теплое лето и холодная осень;
Б — постоянная средняя температура.
Фенофазы: / — прорастание, 2 — бутонизация, 3 — цветение н плодоношение, 4 — отмирание. Жирные линнн — периоды холода или средней температуры. Выгонка
при 18°С
ствующую постоянную среднюю температуру, то нормальное раз- витие будет только в первом случае, хотя общая сумма тепла в обоих вариантах одинакова. Потребность растений умеренных широт в чередовании в течение года холодных и теплых периодов получила название сезонного термопериодизма.
Кроме того, для растений небезразлично и распределение температур в течение суток: известно* например, что развитие многих культурных растений более успешно идет не на постоянном температурном фоне в течение вегетации, а при ночных понижениях температуры. Это явление, получившее название суточного термопериодизма, впервые было обнаружено в Нидерландах на примере культуры томатов в закрытом грунте; лучший урожай получали более беспечные хозяева, не топившие свои теплицы по ночам.

Хламидомонада снежная

Хламидомона́да сне́жная [1] (лат. Chlamydomonas nivalis ) — вид одноклеточных зелёных водорослей из порядка Chlamydomonadales. Благодаря способности существовать при низких температурах и наличию красного пигмента астаксантина, вызывают явление «красного снега».


Срез клетки, визуализированный средствами трансмиссионной электронной микроскопии (окраска добавлена при цифровой обработке)
Хламидомонада снежная
Научная классификация
Подцарство : Зелёные растения
Семейство: Хламидомонадовые
Вид: Хламидомонада снежная
Международное научное название

Chlamydomonas nivalis ( F.A.Bauer ) Wille, 1903

Описание

Известна своей особенностью существовать при низких температурах. Кроме неё еще есть более 350 видов таких водорослей. Попадая в атмосферу при испарении воды, они окрашивают снег в оттенки черного, бурого или желтого [2] .

Водоросль может развиваться на поверхности воды, снега и льда [2] . Зацветает после самого темного и холодного периода зимы, при незначительном нагреве воды, которая зеленеет и, по мере того, как погода проясняется, розовеет или краснеет. Температура +4 °С уже гибельна [2] . Благодаря защите от ультрафиолетового излучения, которое опасно для других организмов на высотах, может размножаться на высоте до 3,7 км над уровнем моря [2] .

Аналоги

Существуют и другие водоросли снега и льда, обеспечивающие природное явление «цветение снега» [3] :

  • Рафидонема снежная (лат. Rhaphidonema nivale ) — зелёная окраска снега
  • Анцилонема Норденшельда (лат. Ancylonema nordenskioeldii ) — коричневая окраска снега и льда

Текст книги «Биология. Многообразие живых организмов. 7 класс»

Представленный фрагмент произведения размещен по согласованию с распространителем легального контента ООО «ЛитРес» (не более 20% исходного текста). Если вы считаете, что размещение материала нарушает чьи-либо права, то сообщите нам об этом.

Оплатили, но не знаете что делать дальше?

Автор книги: Николай Сонин

Жанр: Биология, Наука и Образование

Текущая страница: 3 (всего у книги 13 страниц) [доступный отрывок для чтения: 9 страниц]

Часть 3. Царство Растения

Низшие растения. Группа отделов Водоросли

• Отдел Зелёные водоросли

• Отдел Красные водоросли (Багрянки)

• Отдел Бурые водоросли

• Отдел Голосеменные растения

• Отдел Покрытосеменные (Цветковые) растения

В современном мире насчитывают более 550 тыс. видов растений. Они составляют около 95 % от биомассы планеты – массы всех населяющих её живых организмов. Растения – основные производители (продуценты) органического вещества на Земле.

Флора наших дней представлена растительными организмами самого разного строения и экологических особенностей. Так, у низших растений – водорослей – тело не разделено на органы, а у высших растений (к ним относятся мхи, плауны, хвощи, папоротники, голосеменные и покрытосеменные) есть корни (у мхов корней нет), стебли и листья. С экологической точки зрения растения подразделяют на светолюбивые и теневыносливые, обитающие во влажных (тропики, субтропики) или засушливых местах.

В различных климатических зонах именно сообщества разных растений определяют структуру биомов – совокупностей живых организмов (животных, растений, грибов и микроорганизмов), населяющих определённую местность: тундру, лиственный лес, степь, тропический лес, саванну и др.

Однако при всём многообразии растительные организмы имеют общие черты, совокупность которых отличает их от представителей других царств живой природы.

Растения лиственных лесов


Основные признаки растений

1. Практически все растительные организмы – автотрофы и способны к фотосинтезу – образованию органических молекул из неорганических за счёт энергии света. Благодаря этому у растений в процессах обмена веществ преобладают реакции биологического синтеза органических молекул над процессами расщепления веществ. В результате растения образуют ту органическую биомассу, которой питаются животные и другие гетеротрофные организмы.

2. У растений имеются особые пигменты, содержащиеся в пластидах – специфических органоидах растений, например хлорофилл. Другие пигменты – оранжево-жёлтые и красные каротиноиды – проявляются при пожелтении листьев, а также придают отдельным частям растений (плодам, цветкам) тот или иной цвет. Эти пигменты играют очень важную роль в жизнедеятельности растений, принимая участие в фотосинтезе.

3. Процессы жизнедеятельности растительного организма регулируют особые растительные гормоны – фитогормоны. Их взаимодействие обеспечивает рост, развитие и другие физиологические процессы, происходящие в растениях. Примером может служить этилен, появляющийся в стареющих тканях растений, или ауксины – вещества, ускоряющие рост растений. Фитогормоны синтезируются в ничтожных количествах и транспортируются по проводящей системе организма.

4. Клетки растений окружены толстой стенкой, лежащей кнаружи от цитоплазматической мембраны. Она состоит в основном из целлюлозы. Такая клеточная стенка – специфическая особенность растений: у животных её нет. Наличие у каждой растительной клетки твёрдой оболочки определило малую подвижность растений. А в результате питание и дыхание растительного организма стали зависеть от поверхности его тела, контактирующей с окружающей средой. В процессе эволюции это привело к сильной, гораздо более выраженной, чем у животных, расчленённости тела – ветвлению корневой системы и побегов.

5. Обязательным продуктом обмена веществ растений является клеточный сок. Это раствор разнообразных органических (аминокислоты, белки, углеводы, органические кислоты, дубильные вещества) и неорганических (нитраты, фосфаты, хлориды) веществ. Накапливаясь в цитоплазме, клеточный сок увеличивает внутриклеточное давление, вызывающее напряжение клеточной стенки – тургор. В результате этого ткани растений приобретают высокую прочность.

6. Растения обладают неограниченным ростом: они увеличиваются в размерах в течение всей своей жизни.

Царство растений включает две крупные группы организмов – Низшие и Высшие растения, различающиеся принципиальными особенностями строения и жизнедеятельности.

Растения хвойных лесов

Низшие Растения

Водоросли – древнейшие представители растительного мира: они возникли более 900 млн лет назад. Общее число видов водорослей составляет более 20 тыс. Размеры и строение водорослей очень разнообразны. Среди многочисленных представителей этой группы встречаются одноклеточные организмы – как пассивно плавающие в воде (например, хлорелла), так и передвигающиеся с помощью жгутиков (хламидомонада). Колониальные формы могут включать от нескольких до сотен клеток, как, например, вольвокс. Многоклеточные нитчатые водоросли образуют тину у дна и в толще воды. Многие формы многоклеточных водорослей (например, морская капуста ламинария) образуют заросли на морском дне. Они прикреплены к субстрату выростами – ризоидами. В Атлантическом океане, вблизи Азорских островов, на мелководье обосновалась занесённая сюда течением от побережья Мексики водоросль саргассум. Её скопления занимают такую большую площадь, что дали название морю – Саргассово.

Благодаря постоянству условий жизни в водной среде, в которой водоросли возникли и пережили целые геологические эпохи, они сохранились до наших дней в формах, мало отличающихся от первоначальных.

Строение водорослей. Для многоклеточных водорослей наиболее существенным признаком является отсутствие, даже при сложном внешнем строении тела, настоящих тканей и органов – стеблей, листьев и корней, типичных для высших растений. Такое не расчленённое на ткани и органы тело называется слоевищем или талломом.

В большинстве случаев клетки таллома окружены стенкой, состоящей из целлюлозы и других веществ. Нередко наружная поверхность клеточной стенки одета слизью, у многоклеточных форм тело инкрустировано песчинками. Цитоплазма заполняет всю полость клетки или расположена постенно. Одна крупная или несколько мелких вакуолей заполнены клеточным соком. В клетке находится одно или несколько ядер и хроматофор, содержащий пигменты.

Питание водорослей в основном автотрофное; хлорофилл и другие пигменты находятся в хроматофорах. Но есть водоросли бесцветные: в процессе эволюции они утратили хлорофилл в связи с приспособлением к обитанию на больших глубинах, куда солнечный свет не проникает, – такие водоросли питаются гетеротрофно.

Бесполое размножение хламидомонады

Размножение водорослей. Водоросли размножаются половым и бесполым путём. Бесполое размножение осуществляется специальными клетками – спорами и зооспорами, которые образуются из вегетативных клеток. Споры неподвижны, а зооспоры могут передвигаться с помощью жгутиков. Те и другие покрыты оболочкой и образуются в большом количестве. Зооспоры после непродолжительного движения теряют жгутики и прорастают в новую водоросль, как и обычные споры.

Вегетативное размножение у некоторых одноклеточных водорослей происходит делением клеток надвое, у многоклеточных, например у нитчатых, – частями слоевища, у колониальных – распадением колоний.

Как правило, бесполым способом водоросли размножаются в благоприятных условиях. При ухудшении условий существования (высокая или низкая температура, накопление продуктов обмена в среде обитания при высокой плотности заселения, загрязнение водоёмов) они приступают к половому размножению.

В основе полового размножения лежит слияние двух половых клеток – гамет. Мужские и женские гаметы могут развиваться на одной особи или на разных. В результате слияния гамет формируется зигота, из которой после прорастания, как правило, образуется слоевище. При половом размножении потомство наследует признаки обеих родительских особей и в результате этого обладает новым сочетанием свойств, что увеличивает его шансы на выживание.

У одного и того же вида водорослей в зависимости от времени года и внешних условий наблюдается смена бесполого и полового размножения. Растение, образующее споры, называется спорофитом, а растение, производящее гаметы, – гаметофитом. У подавляющего большинства водорослей гаметофит и спорофит – самостоятельные растения. В ряде случаев на одном растении могут поочерёдно образовываться и споры, и гаметы.

Половое размножение хламидомонады

Заросли нитчатых водорослей

Жизненный цикл водоросли ульвы

Значение водорослей. Экологическая роль водорослей как производителей органического вещества велика. Различные группы водорослей приспособились к обитанию в разных условиях (например, на разных глубинах) благодаря образованию в их клетках неодинаковых пигментов: зелёного, оранжевого, красного и других, позволяющих осуществлять фотосинтез наиболее эффективно даже при очень низкой освещённости.

Некоторые водоросли сохраняют жизнеспособность при очень низких, а другие – при высоких температурах. Так, в полярных и высокогорных условиях они живут даже на снегу, нередко окрашивая его в красный, зелёный, бурый, жёлтый цвета (хламидомонада снежная). Многие водоросли не погибают под покровом снега и льда.

Отдельные виды, попадая вместе с бактериями на бесплодные субстраты, становятся пионерами их заселения. Водоросли живут на почве, в почве и даже в атмосферном воздухе, например некоторые виды хлореллы. Многие почвенные водоросли активно участвуют в процессе почвообразования. В толще воды обитает множество одноклеточных водорослей, образующих фитопланктон (растительный планктон). Его используют в качестве пищи многие водные животные (например, членистоногие – раки, рыбы – китовая акула, млекопитающие – некоторые киты).

Одноклеточные диатомовые водоросли

Подавляющее большинство видов водорослей выделяют в окружающую среду свободный кислород, образующийся в результате фотосинтеза. Этим кислородом дышит большинство живых организмов. Зелёные водоросли явились родоначальниками всех растений суши.

Человек в своей хозяйственной деятельности использует некоторые виды водорослей. Широко используют ламинарию, известную в быту как морская капуста. Во многих странах Европы, Азии и Америки её употребляют в пищу, на корм скоту и для промышленной переработки; из неё получают ценные медицинские препараты. В некоторых странах ламинарию выращивают на морских плантациях. Велико также практическое значение красных водорослей – багрянок. Одну из живущих в северных морях водорослей – хондрус в сухом виде издавна употребляют как лекарственное средство при заболеваниях дыхательных путей. Из других багрянок добывают агар-агар, используемый в составе питательных сред при изучении бактерий, грибов и водорослей, в микробиологической промышленности. В пищевой промышленности агар-агар используют при изготовлении мармелада, зефира, добавляют в хлеб и другие мучные изделия, чтобы они дольше не черствели.

Активное размножение некоторых видов водорослей в природных водоёмах служит надёжным индикатором их загрязнения. Некоторые водоросли (хлорелла) могут быть использованы при биологической очистке сточных вод.

Небольшое число водорослей известны как паразиты. Многие одноклеточные водоросли, как вы уже знаете, в симбиозе с грибами образуют лишайники.

В зависимости от особенностей строения и преобладания тех или иных пигментов в клетках водоросли подразделяют на ряд отделов.

Отдел Зелёные водоросли

Окраска таллома зелёных водорослей отражена в названии этой группы. Число видов зелёных водорослей достигает 13 тыс. Распространены они преимущественно в пресных водоёмах, некоторые живут в морской воде; очень немногие приспособились к жизни в условиях периодического увлажнения: на почве, коре деревьев, заборах, цветочных горшках и т. д.

Зелёные водоросли представлены одноклеточными формами (хлорелла, хламидомонада), колониальными (вольвокс) и многоклеточными, тело которых имеет вид нитей или плоских листовидных образований (улотрикс, ульвовые, харовые водоросли). Большинство одноклеточных и колониальных водорослей способны передвигаться с помощью жгутиков. Некоторые одноклеточные неподвижны, например хлорелла. В клетках зелёных водорослей находятся хроматофоры, содержащие ряд пигментов, среди которых преобладает хлорофилл. Пресноводные многоклеточные зелёные водоросли образуют тину и густые заросли в прудах и озёрах.

Зелёные водоросли в природе и под микроскопом

Отдел Красные водоросли (Багрянки)

Своеобразие красных водорослей заключается прежде всего в наборе пигментов. В хроматофорах багрянок, помимо хлорофилла и каротиноидов, содержится ещё ряд водорастворимых пигментов: красных – фикоэритринов и синих – фикоцианинов. От соотношения этих пигментов и зависит окраска таллома, которая может изменяться от малиново-красной (когда преобладает фикоэритрин) до голубовато-стальной (при избытке фикоцианина). Запасным веществом является специфический для красных водорослей так называемый багрянковый крахмал, который откладывается в цитоплазме вне хроматофоров. Этот полисахарид ближе к гликогену, чем к крахмалу.

Красные водоросли распространены повсеместно, но преобладают в морях тропического и субтропического поясов. Общее число видов достигает 4 тыс., из которых лишь около 200 приходится на пресноводные водоёмы и почву.

Слоевище багрянок имеет вид кустиков, составленных из многоклеточных ветвящихся нитей, реже оно пластинчатое или листовидное, до 2 м длиной.

Красные водоросли составляют самую большую группу растений в морской придонной растительности (бентосе). В странах Восточной Азии некоторые виды багрянок разводят и употребляют в пищу. Многие служат сырьём для получения агар-агара, используемого в микробиологии в качестве питательной среды для выращивания микробов, и иода. В Норвегии на прибрежную приливно-отливную зону (литораль), богатую красными водорослями, во время отлива выпускают овец, как на пастбище.

К отделу бурых водорослей относятся исключительно многоклеточные, сравнительно высокоорганизованные организмы различных размеров. Для них характерна бурая окраска слоевища, от оливково-жёлтой до тёмно-бурой. Она обусловлена смесью разных пигментов: хлорофилла (зелёного) и каротиноидов (различных цветов).

Общее число видов достигает 1500. Распространены они в морях и океанах всего мира, преимущественно в прибрежных мелководьях, но также вдали от берегов, например в Саргассовом море. Некоторые глубоководные виды встречаются на глубине 180–200 м. Бурые водоросли – важный компонент придонной растительности – фитобентоса. Среди бурых водорослей можно наблюдать формы от микроскопических нитчатых организмов до гигантов, иногда достигающих в длину 30–50 м и более. Например, ламинария или растущие в прибрежных районах северных морей фукусы имеют тело длиной в несколько метров, а обитающий у побережья Южной Америки макроцистис достигает 60 м.

Водоросли служат кормом водным обитателям

Тело бурых водорослей расчленено на части, внешне похожие на вегетативные органы высших растений: ризоиды, напоминающие корни, «ствол» и «листовые» пластинки. Ризоиды – выросты тела – служат для прикрепления к грунту или подводным скалам. В талломе у некоторых имеются воздушные пузырьки, удерживающие пластинки и стволы в вертикальном положении.

Бурые водоросли – один из основных источников органического вещества в прибрежной зоне, особенно в морях умеренных и приполярных поясов, где их общая масса (биомасса) может достигать десятков килограммов на 1 м 2 поверхности дна.

На слоевищах и особенно между ризоидами поселяется несметное множество мелких животных – полипов, червей, моллюсков, ракообразных, так или иначе связанных с бурыми водорослями: для одних это источник питания, для других – убежище или место прикрепления. Многие рыбы откладывают на слоевища морской капусты икринки. Так ведёт себя, например, дальневосточная сельдь. Отмирающие каждый год слоевища потребляются иными беспозвоночными животными и образуют детрит – основную часть прибрежного ила.

Вопросы и задания


1. Как питаются и размножаются водоросли?

2. Когда водоросли размножаются бесполым путём?

3. Где встречаются бурые водоросли?

4. Охарактеризуйте особенности строения бурых водорослей.

5. Какова роль бурых водорослей в природе?

6. Каковы отличия красных водорослей от бурых?

7. Сделайте сообщение о роли красных водорослей в природе и жизни человека (работа в малых группах).

8. Какие водоросли образуют тину на дне водоёмов?

9. По каким признакам объединяют все водоросли в одну группу?

10. Составьте развёрнутый план параграфа.

Выполните работу № 3 на с. 6 (Лабораторные работы).

Работа с компьютером

Обратитесь к электронному приложению. Изучите материал и выполните предложенные задания.

1. http://edu.greensail.ru/encyclopedia/plants/vodorosli.shtml (Водоросли. Строение, размножение, классификация. Дополнительная информация)

2. http://botany.pp.ru/sistemplant/algae (Общая характеристика водорослей. Экология)

Водоросли – это сборная группа низших растений, включающая отделы бурых, красных и зелёных водорослей. Водоросли могут быть одноклеточными, колониальными и многоклеточными. Тело многоклеточных водорослей не имеет вегетативных органов. Размножаются водоросли как половым, так и бесполым способом. Водоросли населяют все водоёмы планеты, живут в почве, на поверхности земли и даже в воздухе – в капельках воды.

Высшие Растения

Высшие растения, в отличие от низших, имеют хорошо выраженные ткани: образовательную, за счёт которой осуществляется рост организма; покровную; проводящие, обеспечивающие транспорт питательных веществ, воды и продуктов фотосинтеза; механические, или опорные; выделительные, или секреторные, и основные, к которым относится, в частности, запасающая ткань.

Ткани высших растений образуют органы: вегетативныекорень, стебель и лист, а также репродуктивные, участвующие в размножении, например спорангии, где образуются споры, или цветки и плоды у покрытосеменных растений. Помимо этого, у всех высших мужские и женские репродуктивные органы многоклеточные.

Характерная особенность высших растений: индивидуальное развитие у них подразделяется на эмбриональный (зародышевый) и постэмбриональный (послезародышевый) периоды.

Высшие растения включают две крупные группы: споровые и семенные. К споровым растениям относят отделы: Моховидные, Плауновидные, Хвощевидные и Папоротниковидные. Основной отличительной чертой споровых служит менее чёткая по сравнению с семенными специализация тканей и бесполое размножение при помощи спор. Половое размножение у споровых неразрывно связано с водной средой, так как для оплодотворения необходима вода.

Семенные растения включают два отдела: Голосеменные и Покрытосеменные (Цветковые) растения. Они размножаются при помощи семян и вегетативно – частями тела. У семенных растений специализация тканей зашла особенно далеко: они образуют отчётливо выраженные системы органов – побеговую и корневую.

Зеленая водоросль хламидомонада: места обитания и способ питания

Аквариумист с многолетним стажем

Аквариум с рыбками отлично впишется в любой интерьер. Но кроме рыб внутрь помещают различные украшения и водоросли. В большинстве случаев водоросли безопасны для обитателей аквариума, но есть исключения. Хламидомонада (chlamydomonas) — одноклеточная зеленая водоросль. В аквариум может попасть случайно с грязной почвой или кормом. Он может быть опасен для рыб, а избавиться от такого «соседа» непросто. Опасный сосед для домашних рыб просто незаменим в живой природе.

Хламидомонада – одноклеточная водоросль, может быть опасной для аквариумных рыб

Chlamydomonas: общие сведения

Водоросль живучая, и места обитания для нее не имеют значения. Ответ на вопрос, где обитает хламидомонада, прост. Ее можно встретить как и в теплых болотах, так и в холодных лужах. Некомфортна для неё только морская соленая вода, но и в таких условиях она иногда выживает.

Водоросль имеет разные виды. Один из которых может жить подо льдом или в толще снега. Во время цветения хламидомонада раскрашивает место своего обитания в различные цвета. Лед и снег в местах их жизни может быть желтого, красного, зеленого или черного оттенка.

Клетка водоросли овальной формы, с пектиновой прозрачной оболочкой. Впереди у него два жгутика, с помощью которых она перемещается по воде.

Внутри клетки есть отдел, в котором хламидомонада одноклеточная хранит запасные питательные вещества. Клетка хранит белок.

Водоросль имеет глаз красного цвета. Он реагирует на освещение, помогает определить, с какой стороны располагается источник света. Хламидомонада двигается в этом направлении. Рядом с глазом есть вакуоли, они выделяют продукты жизнедеятельности клетки.

Размножение и питание

Хламидомонада — водоросль со смешанным питанием. Она способна к фотосинтезу, как трава или деревья, также может питаться органическими веществами. Способ органического питания происходит после захода солнца, когда фотосинтез невозможен.

Размножение происходит двумя способами:

  1. Бесполое жгутиковое размножение. Ядро клетки разделяется, образуя другие клетки. Такой вид размножения простой и быстрый. Через сутки «новые» клетки сами готовы к размножению.
  2. Половое размножение. Хламидомонады «сливаются» в пары и находятся в состоянии покоя какое-то время. У некоторых хламидомонад выделяют мужские и женские виды.

При изучении водоросли возникает вопрос, хламидомонада — это растение или животное, ответить на него непросто. Она полностью не относится ни к одним, ни к другим. Она может питаться и размножаться как живые организмы, но в то же время вырабатывает фотосинтез как растение.

Ученые отнесли её к растениям, но споры о ней не утихают и в настоящее время.

Польза для природы и человека

Каждому знакомо понятие «цветение воды». Так и выглядит хламидомонада, мелкие водоросли поднимаются со дна и затягивают поверхность водоемов. Таким образом они очищают воду, съедают грязь и отходы, оставленные человеком.

Когда всё съедено, вода очищается, и одноклеточные возвращаются на дно ждать еды. Ученые также выращивают их в искусственных условиях и подселяют в грязные водоемы.

Хламидомонаду используют для изучения генетики. Несмотря на простой вид, водоросль имеет сложное строение.

Хламидомонада в аквариуме

Содержать рыбок — большой труд. В домашний аквариум такой «житель» попадает при разных условиях. Основные причины:

  1. Недостаточный уход, отсутствие фильтров для воды. Грунт в аквариуме должен быть хорошего качества, фильтр для воды обязателен. Аквариум необходимо регулярно очищать от жизнедеятельности рыб.
  2. На аквариум попадают прямые солнечные лучи. Аквариум не должен стоять на окне или вблизи батарей и отопительных приборов.


Хламидомонада может попасть в аквариум в следствии недостаточного ухода

  • Редкая смена воды. Полную смену воды проводить минимум один раз в несколько месяцев. Замена 10% от общей воды раз в две недели. Вода для смены должна отстояться минимум два дня.
  • Украшение в аквариуме не было обработано и намыто при помещении в воду. Все предметы перед помещением в аквариум должны быть намыты проточной водой. Устанавливать «чужие» украшения из других аквариумов нельзя.
  • При подселении в аквариум других рыб необходимо выдерживать карантин 7 дней. Регулярно осматривать новых рыб и смотреть за их поведением.
  • Зеленые водоросли при попадании в аквариум размножаются быстро. Они портят внешний вид воды, оставляют неприятный осадок на стенках аквариума.

    При обнаружении водоросли необходимо сразу удалить их сачком и добавить в аквариум перекись водорода. Но это не всегда помогает, самый действенный способ — полностью поменять воду.

    Полезная в живой природе, хламидомонада в домашних условиях может нанести вред. Лучше предотвратить её появление, чем мучиться с её выведением.

    Снежная хламидомонада

    Хламидомонада снежная
    Срез клетки, визуализированный средствами трансмиссионной электронной микроскопии (окраска добавлена при цифровой обработке)
    Научная классификация
    Подцарство : Зелёные растения
    Вид: Хламидомонада снежная
    Международное научное название

    Chlamydomonas nivalis ( F.A.Bauer [en] ) Wille, 1903

    Хламидомона́да сне́жная [1] (лат. Chlamydomonas nivalis ) — вид одноклеточных зелёных водорослей из порядка Chlamydomonadales. Благодаря способности существовать при низких температурах и наличию красного пигмента астаксантина, вызывают явление «красного снега».

    Содержание

    Описание

    Известна своей особенностью существовать при низких температурах. Кроме неё еще есть более 350 видов таких водорослей. Попадая в атмосферу при испарении воды, они окрашивают снег в оттенки черного, бурого или желтого [2] .

    Водоросль может развиваться на поверхности воды, снега и льда [2] . Зацветает после самого темного и холодного периода зимы, при незначительном нагреве воды, которая зеленеет и, по мере того, как погода проясняется, розовеет или краснеет. Температура +4 °С уже гибельна [2] . Благодаря защите от ультрафиолетового излучения, которое опасно для других организмов на высотах, может размножаться на высоте до 3,7 км над уровнем моря [2] .

    Аналоги

    Существуют и другие водоросли снега и льда, обеспечивающие природное явление «цветение снега» [3] :

    • Рафидонема снежная (лат. Rhaphidonema nivale ) — зелёная окраска снега
    • Анцилонема Норденшельда (лат. Ancylonema nordenskioeldii ) — коричневая окраска снега и льда

    Хламидомонада снежная

    Хламидомонада снежная
    Срез клетки, визуализированный средствами трансмиссионной электронной микроскопии (окраска добавлена при цифровой обработке)
    Научная классификация
    Подцарство : Зелёные растения
    Вид: Хламидомонада снежная
    Международное научное название

    Chlamydomonas nivalis ( F.A.Bauer [en] ) Wille, 1903

    Хламидомона́да сне́жная [1] (лат. Chlamydomonas nivalis ) — вид одноклеточных зелёных водорослей из порядка Chlamydomonadales. Благодаря способности существовать при низких температурах и наличию красного пигмента астаксантина, вызывают явление «красного снега».

    Содержание

    Описание [ | код ]

    Известна своей особенностью существовать при низких температурах. Кроме неё еще есть более 350 видов таких водорослей. Попадая в атмосферу при испарении воды, они окрашивают снег в оттенки черного, бурого или желтого [2] .

    Водоросль может развиваться на поверхности воды, снега и льда [2] . Зацветает после самого темного и холодного периода зимы, при незначительном нагреве воды, которая зеленеет и, по мере того, как погода проясняется, розовеет или краснеет. Температура +4 °С уже гибельна [2] . Благодаря защите от ультрафиолетового излучения, которое опасно для других организмов на высотах, может размножаться на высоте до 3,7 км над уровнем моря [2] .

    Аналоги [ | код ]

    Существуют и другие водоросли снега и льда, обеспечивающие природное явление «цветение снега» [3] :

    • Рафидонема снежная (лат. Rhaphidonema nivale ) — зелёная окраска снега
    • Анцилонема Норденшельда (лат. Ancylonema nordenskioeldii ) — коричневая окраска снега и льда

    Хламидомонада снежная

    Хламидомонада снежная
    Срез клетки, визуализированный средствами трансмиссионной электронной микроскопии (окраска добавлена при цифровой обработке)
    Научная классификация
    Вид: Хламидомонада снежная
    Международное научное название

    Chlamydomonas nivalis ( F.A.Bauer [en] ) Wille, 1903

    Хламидомона́да сне́жная [2] (лат. Chlamydomonas nivalis ) — вид одноклеточных зелёных водорослей из порядка Chlamydomonadales. Благодаря способности существовать при низких температурах и наличию красного пигмента астаксантина, вызывают явление «красного снега».

    Содержание

    Описание [ править ]

    Известна своей особенностью существовать при низких температурах. Кроме неё еще есть более 350 видов таких водорослей. Попадая в атмосферу при испарении воды, они окрашивают снег в оттенки черного, бурого или желтого [3] .

    Водоросль может развиваться на поверхности воды, снега и льда [3] . Зацветает после самого темного и холодного периода зимы, при незначительном нагреве воды, которая зеленеет и, по мере того, как погода проясняется, розовеет или краснеет. Температура +4 °С уже гибельна [3] . Благодаря защите от ультрафиолетового излучения, которое опасно для других организмов на высотах, может размножаться на высоте до 3,7 км над уровнем моря [3] .

    Аналоги [ править ]

    Существуют и другие водоросли снега и льда, обеспечивающие природное явление «цветение снега» [4] :

    • Рафидонема снежная (лат.Rhaphidonema nivale ) — зелёная окраска снега
    • Анцилонема Норденшельда (лат.Ancylonema nordenskioeldii ) — коричневая окраска снега и льда
    Добавить комментарий