5.4: Водорості

Last updated
Save as PDF

Page ID: 3888

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Цілі навчання

Поясніть, чому водорості входять до дисципліни мікробіології
Опишіть унікальні характеристики водоростей
Визначте приклади водоростей, що виробляють токсини
Порівняйте основні групи водоростей у цьому розділі та наведіть приклади кожного
Класифікувати водорості організми за основними групами

Водорості - це автотрофні протисти, які можуть бути одноклітинними або багатоклітинними. Ці організми містяться в надгрупах Chromalveolata (дінофлагелати, діатомові водорості, золотисті водорості та бурі водорості) та Архепластида (червоні водорості та зелені водорості). Вони важливі екологічно та екологічно, оскільки відповідають за виробництво приблизно 70% кисню та органічної речовини у водному середовищі. Деякі види водоростей, навіть ті, які є мікроскопічними, регулярно вживаються в їжу людьми та іншими тваринами. Крім того, водорості є джерелом агару, агарози та карагенану, затверджувачів, що використовуються в лабораторіях та у виробництві харчових продуктів. Хоча водорості, як правило, не є патогенними, деякі виробляють токсини. Шкідливе цвітіння водоростей, яке відбувається, коли водорості швидко ростуть і виробляють густі популяції, можуть виробляти високі концентрації токсинів, які погіршують роботу печінки та нервової системи у водних тварин та людини.

Як і найпростіші, водорості часто мають складні клітинні структури. Наприклад, клітини водоростей можуть мати один або кілька хлоропластів, які містять структури, звані піреноїдами для синтезу та зберігання крохмалю. Самі хлоропласти відрізняються кількістю мембран, що свідчить про вторинні або рідкісні третинні ендосимбіотичні події. Первинні хлоропласти мають дві мембрани - одну з оригінальних ціанобактерій, які поглинула предкова еукаріотична клітина, і одна з плазматичної мембрани поглинаючої клітини. Хлоропласти в деяких лініях, як видається, були наслідком вторинного ендосимбіозу, в якому інша клітина охопила зелену або червону водорослеву клітину, яка вже мала первинний хлоропласт всередині неї. Поглинаюча клітина знищила все, крім хлоропласту і, можливо, клітинної мембрани своєї початкової клітини, залишивши навколо хлоропласту три або чотири мембрани. Різні групи водоростей мають різні пігменти, які відображені в загальних назвах, таких як червоні водорості, бурі водорості та зелені водорості.

Деякі водорості, морські водорості, є макроскопічними і їх можна сплутати з рослинами. Морські водорості можуть бути червоними, коричневими або зеленими, залежно від їх фотосинтетичних пігментів. Зокрема, зелені водорості мають деякі важливі подібності з наземними рослинами; однак існують також важливі відмінності. Наприклад, морські водорості не мають справжніх тканин або органів, як це роблять рослини. Крім того, морські водорості не мають воскової кутикули, щоб запобігти висиханню. Водорості також можна сплутати з ціанобактеріями, фотосинтетичними бактеріями, які мають схожість з водоростями; однак ціанобактерії - це прокаріоти (див. Непротеобактерії грамнегативні бактерії та фототрофні бактерії).

Водорості мають різноманітні життєві цикли. Розмноження може бути безстатевим шляхом мітозу або статевим за допомогою гамет.

Різноманітність водоростей

Хоча водорості і найпростіші раніше були розділені таксономічно, тепер вони змішуються в супергрупи. Водорості класифікуються в межах Хромальвеолата та Архепластида. Хоча Euglenozoa (в межах супергрупи Excavata) включають фотосинтезуючі організми, вони не вважаються водоростями, оскільки вони харчуються і рухливі.

Динофлагелати і страменопіли потрапляють в хромальвеолата. Дінофлагелати в основному є морськими організмами і є важливим компонентом планктону. Вони мають різноманітні харчові типи і можуть бути фототрофними, гетеротрофними або міксотрофними. Ті, які є фотосинтетичними, використовують хлорофіл а, хлорофіл с ₂ і інші фотосинтезирующие пігменти (рис.\(\PageIndex{1}\)). Вони, як правило, мають два джгутика, змушуючи їх кружляти (насправді назва dinoflagellate походить від грецького слова «вихрь»: dini). Деякі мають целюлозні пластини, що утворюють тверде зовнішнє покриття, або теку, як броню. Крім того, деякі динофлагелати виробляють нейротоксини, які можуть викликати параліч у людей або риб. Вплив може відбуватися через контакт з водою, що містить токсини динофлагелату, або при харчуванні організмами, які з'їли динофлагелати.

Коли популяція динофлагеллатів стає особливо щільною, може виникнути червоний приплив (різновид шкідливого цвітіння водоростей). Червоні припливи завдають шкоди морським мешканцям і людям, які споживають забруднених морських мешканців. Основні виробники токсинів включають Gonyaulax і Alexandrium, обидва з яких викликають паралітичне отруєння молюсками. Інший вид, Pfiesteria piscicida, відомий як вбивця риб, оскільки на певних ділянках свого життєвого циклу він може виробляти токсини, шкідливі для риб, і, здається, відповідає за набір симптомів, включаючи втрату пам'яті та плутанину, у людей, що піддаються впливу води, що містять вид.

Мікрофотографія організму квадратної форми з двома довгими проекціями. — Малюнок\(\PageIndex{1}\): Дінофлагелати демонструють велику різноманітність у формі. Багато укладені в целюлозну броню і мають два джгутика, які поміщаються в пази між пластинами. Рух цих двох перпендикулярних джгутиків викликає прядильний рух. (кредит: модифікація роботи CSIRO)

Страменопіли включають золоті водорості (Chrysophyta), бурі водорості (Phaeophyta) та діатомові водорості (Bacillariophyta). Страменопіли мають хлорофіл а, хлорофіл c ₁ /c ₂ та фукоксантин як фотосинтетичні пігменти. Їх накопичувальним вуглеводом є хризоламінарін. У той час як у одних відсутні клітинні стінки, інші мають лусочки. Діатомові водорості мають джгутики та фруктози, які є зовнішніми клітинними стінками кристалізованого кремнезему; їх скам'янілі залишки використовуються для отримання діатомової землі, яка має цілий ряд застосувань, таких як фільтрація та ізоляція. Крім того, діатомові водорості можуть розмножуватися статевим або безстатевим шляхом. Відомо, що один рід діатомів, псевдоніцхія, пов'язаний з шкідливим цвітінням водоростей.

Бурі водорості (Phaeophyta) - багатоклітинні морські водорості. Деякі можуть бути надзвичайно великими, наприклад, гігантська ламінарія (Laminaria). Вони мають листоподібні лопаті, стебла та структури, які називаються холдфастами, які використовуються для кріплення до субстрату. Однак це не справжні листя, стебла або коріння (рис.\(\PageIndex{2}\)). Їх фотосинтетичними пігментами є хлорофіл а, хлорофіл с, β -каротин та фукоксантин. Вони використовують ламінарин як накопичувальний вуглевод.

Архепластиди включають зелені водорості (Chlorophyta), червоні водорості (Rhodophyta), іншу групу зелених водоростей (Charophyta) та наземні рослини. Чарафіти найбільш схожі на наземні рослини, оскільки вони поділяють механізм поділу клітин та важливий біохімічний шлях, серед інших ознак, яких інші групи не мають. Як і наземні рослини, Чарофіта та Хлорофіта мають хлорофіл а та хлорофіл b як фотосинтетичні пігменти, клітинні стінки целюлози та крохмаль як молекулу зберігання вуглеводів. Хламідомонада - це зелена водорость, яка має один великий хлоропласт, два джгутики та стигму (очне пляма); це важливо в дослідженнях молекулярної біології (рис.\(\PageIndex{3}\)).

Хлорела - нерухлива, велика одноклітинна водорость, а ацетабулярія - ще більша одноклітинна зелена водорость. Розмір цих організмів кидає виклик ідеї, що всі клітини малі, і вони використовувалися в генетичних дослідженнях з тих пір, як Йоахім Хеммерлінг (1901—1980) почав працювати з ними в 1943 році. Вольвокс - колоніальна, одноклітинна водорость (рис.\(\PageIndex{3}\)). Більша, багатоклітинна зелена водорость - Ульва, також відома як морський салат через великі, їстівні зелені лопаті. Діапазон форм життя в межах хлорофіти - від одноклітинного до різних рівнів колоніальності до багатоклітинних форм - був корисною дослідницькою моделлю для розуміння еволюції багатоклітинності. Червоні водорості в основному багатоклітинні, але включають деякі одноклітинні форми. Вони мають жорсткі клітинні стінки, що містять агар або карагенан, які корисні як харчові твердіючі агенти та як затверджувач, що додається до середовищ росту для мікробів.

а) Фотографія довгої зеленої ламінарії в океані б) Фотографія червоної листяної структури. В) Фотографія зеленої листової структури. Г) фотографія освітлених областей водного шляху. Д) Мікрофотографія осередків різної форми, які виглядають так, ніби вони зроблені зі скла. F) мікрофотографія сфери, зроблена з безлічі жадібних точок. Менші зелені сфери можна побачити всередині більшої сфери. Менші сфери звільняються при розриві більшої. — Малюнок\(\PageIndex{2}\): (а) Ці великі багатоклітинні ламінарії є членами бурих водоростей. Зверніть увагу на «листя» і «стебла», які роблять їх схожими на зелені рослини. (б) Це вид червоних водоростей, який також є багатоклітинним. (c) Зелена водорость *Halimeda incrassata*, показана тут, що росте на морському дні на мілководді, здається, має рослинні структури, але не є справжньою рослиною. (г) Біолюмінесценція, видима в гребеневій хвилі на цій картині, є явищем певних динофлагеллатів. (e) Діатомові водорості (зображені на цій мікрофотографії) виробляють кремнієві тести (скелети), які утворюють діатомові землі. (f) Колоніальні зелені водорості, як і вольвокс на цих трьох мікрофотографіях, демонструють прості кооперативні асоціації клітин. (Кредит а, е: модифікація роботи NOAA; кредит b: модифікація роботи Еда Бірмана; кредит c: модифікація роботи Джеймса Сент-Джона; кредит d: модифікація роботи «catalano82» /Flickr; кредит f: модифікація роботи доктора Ральфа Вагнера)

Овальна клітина з 2 джгутиками, що виходять з одного кінця. Велике коло в клітці позначено ядром. Група менших червоних кіл позначені клеймом (очна пляма). Зелені овали в клітці маркуються хлоропластом, а білі кола маркуються гранулами крохмалю. — Малюнок\(\PageIndex{3}\): *Хламідомонада* - одноклітинна зелена водорость.

Вправа\(\PageIndex{1}\)

Які групи водоростей пов'язані зі шкідливим цвітінням водоростей?

Ключові поняття та резюме

Водорості - це різноманітна група фотосинтетичних еукаріотичних протистів.
Водорості можуть бути одноклітинними або багатоклітинними.
Великі багатоклітинні водорості називаються морськими водоростями, але не є рослинами і позбавлені рослинних тканин і органів.
Хоча водорості мають невелику патогенність, вони можуть бути пов'язані з токсичними цвітінням водоростей, які можуть завдати шкоди водній дикій природі та забруднювати морепродукти токсинами, що викликають параліч.
Водорості важливі для отримання агару, який використовується в якості затвердівающего агента в мікробіологічних середовищах, і карагенану, який використовується в якості затвердіє агента.