Растения наших водоемов

Макрофиты

Большую роль в жизнедеятельности гидробионтов играют растения. По морфологическим и структурным особенностям их разделяют на низшие (микрофиты) и высшие (макрофиты).

Низшие растения в отличие от высших не расчленены на стебель и листья (за исключением немногих морских водорослей) и у них нет того сложного анатомического строения, которое характерно для высших.
Систематика делит низшие растения более чем на 10 обособленных отделов, каждый из которых имеет самостоятельное происхождение и свой ход эволюции. К ним относят бактерии и актиномицеты, слизевики, лишайники, грибы и водоросли.

Основная особенность водорослей - способность синтезировать на свету органические вещества из неорганических. Различают 9 самостоятельных отделов (зеленые, сине-зеленые, золотистые, желто-зеленые, диатомовые, пирофитовые, эвгленовые, бурые, красные), отличающихся друг от друга по окраске, а в некоторых случаях и по строению клетки. Большинство зеленых, синезеленых и эвгленовых водорослей - представители пресных вод, красные и бурые - преимущественно морские виды.
Именно к фотосинтезирующим микроскопическим водорослям, свободно парящим в толще воды, мы относим фитопланктон.

Высших водных растений (макрофитов) во флоре РФ насчитывают около 300 видов.
Они занимают самое различное положение в систематике: здесь имеются представители мохообразных и папоротникообразных, стоящих на наиболее низкой ступени развития; всевозможные цветковые, начиная с наиболее простых групп (нимфейные и лютиковые) и кончая высокоорганизованными (колоколь-чиковые и сложноцветковые).

Макрофиты - это среда обитания важнейшей в кормовом отношении фитофильной фауны, субстрат для икрометания многих промысловых рыб, убежище и место нагула их молоди, индикаторы качества вод, удобрения.

В процессе эволюции макрофиты приобрели ряд характерных экологических особенностей. Погруженные в воду, они занимают больший объем, чем их общая масса, за счет длинных тонких стеблей и прозрачных листьев (как у рдестов) и расчлененных на мелкие нитевидные дольки (как у водяного лютика).
Воздухоносные полости и большие межклетники, которые у водных растений составляют до 70 % объема, обусловливают сильное развитие губчатой и более слабое - столбчатой тканей.

Разные группы макрофитов имеют свои признаки. Так, например, у надводных растений (жесткая растительность) над поверхностью воды выступают не только стебель и соцветия, но и листья. К этой группе можно отнести наиболее часто встречающиеся в водоемах камыш - Sciprus (рис. 1), тростник - Phragmites (рис. 2), рогоз - Typha (рис. 3), хвощ - Equisetum, частуху - Alisma, стрелолист - Sagittaria (рис. 4), водные злаки и другие.

Многие надводные растения имеют мощные корневища. Благодаря вегетативному размножению и быстрому росту они образуют сплошные заросли, которые мешают проникновению солнечного света в воду, ухудшая условия развития фитопланктонных организмов. Накопление остатков растительности ведет к анаэробным процессам разложения, заки-санию ила и заболачиванию водоема.

К собственно водным или к мягкой водной растительности можно отнести растения с плавающими листьями, которые корнями прикреплены ко дну водоема, но имеют листья и цветы, плавающие на поверхности воды. Это - рдест плавающий - Potamogeton natans с малозаметным соцветием, земноводная гречиха - Polygonum, кубышка - Nuphar (рис. 5 вверху), имеющая крупные желтые цветы, кувшинка - Nymphaea (рис. 5 внизу) с плавающими белыми цветами. Кувшинки и кубышки стали редкостью в наших водоемах и занесены в Красную книгу.

Другая группа мягкой растительности, также имеющая контакт с грунтом,- растения, целиком, кроме цветов, погруженные в воду. Это - рдесты (Potamogeton) - пронзеннолистный (рис. 6), а также блестящий, гребенчатый, курчавый, элодея - Elodea (рис. 7), уруть - Myriop-hyllum (рис. 8), водяная сосенка - Hippuris и другие, различные мхи - Fonti-nalis, Colliergon.

Растения, не прикрепленные корнями ко дну водоема, составляют группу свободноплавающих. К ней относят различные виды ряски - Limned, лягушатник - Hydrocharis и растения, которые плавают в толще воды: роголистник - Ceratophyllum (рис. 9), турча - Hottonia, пузырчатка - Utricularia - известное насекомоядное растение.

Переходным растением между перечисленными группами мягкой растительности является телорез - Stratiotes (рис. 10), имеющий колючие листья, собранные розеткой на стеблях. Значительную часть своей жизни он проводит под водой, но иногда выставляет листья на поверхность.
Подводная растительность в отличие от жесткой не имеет таких мощных корней и зимой в спущенных прудах, как правило, гибнет, оставляя зимующие почки (турионы) или вегетативные побеги, которые весной дают начало новым растениям.

Особенности произрастания различных видов растений определяются типом водоема. В реке количество макрофитов зависит главным образом от скорости течения и прозрачности воды, поэтому в горных и равнинных многоводных реках высшей водной растительности немного, а в мелких речках с медленным течением иногда наблюдаются обильные заросли. Флоре быстротекущих рек, в отличие от водоемов со стоячей водой, не свойственно присутствие таких растений, как осока, хвощ, стрелолист, частуха, телорез. Наоборот, массовое их развитие и расширение зоны прибрежных зарослей от береговой черты к руслу говорит о заболачивании водоема.

Видовое разнообразие, обилие, продолжительность вегетации макрофитов, а также возможные отклонения в их росте и развитии можно использовать как один из биоиндикаторов качества воды. Например, обильное развитие осоки и хвоща указывает на повышенную кислотность, на необходимость известкования водоема.

Интенсивное развитие элодеи и херы, напротив, указывает на то, что вода имеет щелочную реакцию.
Видовой состав и характер роста макрофитов зависят от количества минеральных веществ в воде, от степени ее загрязнения. Существует прямая связь между жесткостью воды и химическим составом высших водных растений.

Способность водных растений концентрировать в себе химические элементы определяется конфигурацией и размером водоема, климатическими факторами. Большое значение имеют вид растения, его физиологические особенности, возраст и стадия развития, а также конкретный растительный орган. К примеру, в листьях тростника фосфора, магния и кальция содержится больше, чем в стеблях, у кубышки же наоборот.

Макрофиты - излюбленная пища большинства гидробионтов. Большое место они занимают в питании личинок поденок Epheremella ignita. Так, все содержимое кишечника этих личинок состоит из тканей осок, рдеста блестящего, роголистника, водяного мха. Водную растительность потребляют более 40 видов ручейников. У погруженных растений они поедают подводные части, у растений с плавающими листьями - подводные части и нижнюю поверхность листьев. По этой причине рисовый ручейник сильно вредит посевам риса. Одна из мер борьбы с ним - зарыбление рисовых чеков. Среди ручейников есть чистые фитофаги, питающиеся листьями лютика водяного, роголистника, рдеста, элодеи, мхов. Появление личинок в большом количестве может оказывать сильное влияние на заросли кормовых растений. Макрофиты служат им не только источником питания, но и строительным материалом для домиков.
Среди низших ракообразных крайне ограниченное число видов питается живыми водными растениями. К ним относится всеядный щитень и три вида остракод (ракушковые ракообразные). Щитень поедает молодые растения риса, кроме того, своими быстрыми движениями вызывает отделение всходов риса от почвы и всплывание их на поверхность воды.

Главные кормовые растения европейских речных раков - рдесты и роголистник. Основу пищи весьма распространенного в Европе гаммаруса составляют ряска, роголистник, хара, элодея, уруть, мхи.
Для личинок хирономид потребление высшей водной растительности в качестве объекта питания может носить обязательный или второстепенный характер. Наиболее разнообразный ассортимент кормовых растений имеет Chiron6mus candidus. Личинки тесно облепляют черешки и стебли рдестов блестящего и пронзеннолистного, листья телореза и манника, внедряясь при этом не только в мякоть, но и в листовые жилки. Личинки так называемого «рисового комарика» покрывают нижнюю сторону стелющихся по воде листьев риса, оставляя нетронутой верхнюю. В молодых же погруженных листьях они выгрызают всю ткань листа между жилками, размочаливая его. Водные растения являются для личинок не только источником корма, но и убежищем.

Гусеницы бабочек Lepidoptera, как правило, не живут в воде, но также питаются за счет макрофитов. Одни гусеницы поедают подводную часть стебля рогоза широколистного и пробуривают в нем широкие ходы, другие питаются только свежими побегами тростника. Большинство видов Lepidoptera главным образом питаются жесткими растениями: тростником, камышом, рогозом, а также рдестами, ряской, кувшинками. Воздействие гусениц на растения является совокупным результатом как пищевой, так и строительной деятельности, последняя во многих случаях оказывает даже более мощное воздействие на макрофиты.
Большая роль принадлежит макрофитам и в питании рыб.
С. Юдин

Растения в водоемах распределены группами, в зависимости от глубины воды.

На самом берегу растут прибрежные растения: гусиная лапка , незабудки и другие травы.

На мелких местах растут осока , тростник , камыш и рогоз с длинными листьями и коричневой бархатистой шишкой. Это - растения мелководья .

Нижние части этих растений погружены в воду, а верхние возвышаются над ней.

Камышимеет гладкий, прозрачный прочный стебель. На верхушке находится небольшая раскидистая метелка. Стебли используются как топливо, для плетения сумок и циновок.

Тростниквыше камыша, имеет прочный узловатый стебель. Его высота достигает четырех метров. На вершине стебля расположена красивая пышная коричневая метелка. Побегами и корневищами этих растений питаются многие животные водоема.

Следующая группа растений - это плавающие на поверхности водяные растения с листьями - белые кувшинки и желтые кубышки .

Интересным растением является пузырчатка .

На еще большей глубине встречаются водоросли . Кроме того на различной глубине свободно плавают мелкие растения. Это ряска , от обилия которой иногда вода кажется зеленоватой.

Все растения водоемов являются влаголюбивыми или водолюбивые.

С водоемами связана жизнь многих животных.

Сквозь прозрачную воду водоема можно увидеть, как стремительно проплывают стайки рыбок. В водоемах Пермского края (реках, озерах и прудах), где вода не сильно загрязнена, обитают различные рыбы. Это щука , лещ , судак , плотва , окунь , налим и др.

Тело рыб приспособлено к жизни в воде. Оно вытянуто и покрыто слизью. Это помогает рыбам легко двигаться. Хвостовой плавник служит хорошим рулем, а другие плавники поддерживают равновесие рыбы. Питаются рыбы растениями, насекомыми, а хищные рыбы, такие как щука, едят еще мелких рыбок и лягушек.

Животный мир водоемов края обогатился бобрами и ондатрами.

Бобра называют замечательным пловцом и четвероногим инженером, искусным строителем за его сооружения - хатки, плотины, каналы. У него красивая темно-коричневая шкурка, веслообразный хвост, лапы с перепонками. Бобры завезены из Воронежского заповедника и из Белоруссии. Из Курганского зверосовхоза завезена ондатра - водяная крыса. По образу жизни она напоминает бобра.

Назад Вперёд

Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.

Цели урока:

• сформировать представление учащихся о жизни пресного водоёма, познакомить с растительным и животным миром пресных водоёмов;
• с ролью человека в жизни водоёма;
• развивать познавательный интерес учащихся; учить работать с дополнительной литературой, применять в работе ранее полученные знания, учить рассуждать и делать выводы;
• продолжить обучение работе на ноутбуках;
• воспитывать любовь к родному краю с помощью знакомства с водоёмами Нижегородской области

Оборудование: плакат «Пресный водоём», ноутбуки детей, подключённые по локальной сети к учительскому ноутбуку, мультимедийный проектор, демонстрационный экран; учебник «Окружающий мир» А.Плешаков 4 кл., 1 ч.; рабочие тетради «Окружающий мир. Проверим себя» А.Плешаков, Е.Крючкова 4 кл., 1 ч.

ХОД УРОКА

1. Организационный момент

Учитель:

Прозвенел звонок веселый
Мы начинаем наш урок.
Любознательные в классе дети
Обо всём хотят знать на свете.

– Сегодня мы урок начнем с проверки домашнего задания, а потом познакомимся с новым природным сообществом

2. Проверка домашнего задания

Учитель: О каких природных сообществах мы говорили на прошлых уроках?

Дети: О лесе и луге.

Учитель: Сегодня мы будем выполнять тест «Лес и луг – природные сообщества»

Учащиеся подключаются к учительскому ноутбуку и начинают работать с тестом. (Приложение 1 )

– Оценки вы узнали (на доске 100% – 5; 90 – 80 % – 4; 70 – 60% – 3)

Учитель: Закрываем ноутбуки, переходим к новой теме

3. Объяснение нового материала

На доске прикреплен плакат «Пресный водоём»:

Посмотрите вот сюда,
Тихо плещется вода
Ряска, лилии, рогоз,
И кувшинка, и тростник.
Есть беззубка, прудовик,
Водомерка вот бежит
Всюду бурно жизнь кипит
Это пресный водоём.

– Итак, в тетрадях записываем число и тему урока «Пресный водоём»

Учитель: Мы с вами знаем, что водоёмы по происхождению делятся на две группы. Какие?

Дети: Водоёмы бывают естественные и искусственные, пресные и соленые.

Учитель: Сегодня речь пойдёт о пресных водоёмах. Какие типы пресных водоёмов вы знаете?

Дети: Река, озеро, ручей, пруд, канал, водохранилище, болото.

Учитель: Водоём – это сообщество растений, животных, которые могут существовать только в таких особых условиях. По мере объяснения нового материала вы будете заполнять таблицу в тетради, а в конце урока мы проверим вашу работу:

Учитель: Условия жизни растений в водоёме своеобразны. Воды здесь достаточно и недостатка в ней никогда не бывает. Характерная особенность среды в водоёмах – медленное прогревание воды весной. Вода долгое время остаётся холодной, и это отражается на развитии обитателей водоёмов. Водные растения медленно пробуждаются весной. Поверхность водоёма обычно покрыта мелкими зелёными пластинками ряски (показываю на плакате). Это крошечное, плавающее на поверхности воды растение, ко дну не прикрепляется. Далее можно увидеть высоко поднимающиеся над водой стебли с узкими перегнутыми книзу листьями. Это камыш, рогоз, тростник (слайд 2) . Высокая стена камышей сменяется плавающими округлыми листьями кубышек и кувшинок (слайд 3) . Корни этих растений находятся на дне водоёма.
Ближе к берегу водоёма растёт стрелолист (слайд 3) . Узнать его можно по листьям, они похожи на стрелы с широкими наконечниками, в высоту растение достигает 1 метра. В толще воды плавают мельчайшие водоросли, разглядеть их можно только под микроскопом. Иногда их так много, что вода кажется зелёной. Как вы думаете какую роль в водоёме выполняют растения?

Дети:

– Пища для животных
– Дом для животных
– Выделяют кислород, необходимый для дыхания (слайд 4)

Учитель: Продолжим наш разговор об обитателях водоёма. Их великое множество. Животные есть везде: на поверхности воды, на водных растениях, у дна. Попробуйте угадать:

У родителей и деток
Вся одежда из монеток (Рыбы) (слайд 5) Где живут? (под водой)

На дне, где тихо и темно
Лежит усатое бревно? (Сом)

Хвостом виляет,
Зубаста, а не лает. (Щука)

У кого глаза на рогах,
А дом на спине? (Улитка) (слайд 6) Где живет? (Под водой)

Голубой аэропланчик
Сел на белый одуванчик. (Стрекоза) Где живёт? Над водой.

Пестрая крякушка
Ловит лягушек,
Ходит вразвалочку,
Спотыкалочку. (Утка)
Ползает наоборот,
Задом наперед,
Все под водой
Хватает клешнёй. (Рак) (слайд 7)

– Богат и разнообразен животный мир водоёма. Познакомиться с ним поближе помогут нам ребята.

4. Сообщения заранее подготовленных учеников

1. По поверхности воды бегают клопы-водомерки (слайд 7). Её лапки смазаны жиром, поэтому водомерка скользит по поверхности воды. Они хищники, охотятся на комаров и другую мелкую живность. На дне чистых водоёмов обитают раки, которые являются санитарами водоёмов. Однажды рыбаки заметили, что в улове стало попадать много больных рыб. Причина оказалась простой – в реке выловили всех раков. А раки уничтожали остатки погибших животных. И когда раков не стало, от погибших рыб заразились здоровые.

2. В толще воды можно увидеть головастиков. Они появились из икринок. Головастики подрастут и выйдут на сушу маленькими лягушонком или жабой. Поэтому их называют земноводными животными. Они приносят пользу – уничтожают массу вредителей, сами же являются пищей для животных.
В воде живут разные виды рыб, например карась, который питается растениями, личинками насекомых; щука – которая относится к хищным рыбам.

3. Обитают на дне водоёмов двустворчатые моллюски. Их мягкое тело защищено раковиной, которая состоит из двух половинок – створок. (Показывает створки перловицы). Питаются эти моллюски очень интересно, Они всасывают и пропускают через своё тело воду, в которой попадаются водоросли и другие мелкие живые существа. На водных растениях живут и другие моллюски – растительноядные улитки прудовик и катушка, У них закрученные, не имеющие створок раковины (показ ракушек).
Недалеко от одного поселка было небольшое озеро с прозрачной водой. Но вот люди заметили. Что вода в озере становится мутнее и мутнее. Пригласили ученых, чтобы они определили, почему вода мутнеет. Учёные пришли на берег и сразу поняли. Ребята, жившие в поселке, часто устраивали такую игру: кто больше найдёт и выбросит на берег двустворчатых моллюсков. Ребятам было совсем не жалко животных, которые на берегу погибали без воды и пищи. Не подумали ребята о том, что двухстворчатые моллюски пропускают через своё тело очень много воды и очищают её от мелких остатков растений, частичек глины. В озере почти не осталось живых «фильтров», которые делают воду прозрачной. Вот озеро и помутнело. И теперь много неприятностей ждет его обитателей. В мутную воду проникает меньше света, значит трудно будет жить подводным растениям, многие из них погибнут. Тогда и кислорода в воду будет поступать меньше, из-за этого нелегко будет дышать рыбам.
Вот к чему может привести бездумное уничтожение обычных «ракушек»

Учитель: С жизнью водоёма тесно связана жизнь птиц: цапель и уток. Живут у воды и млекопитающие: выдра, бобр, водяная крыса, ондатра. Информацию о них вы попытаетесь найти самостоятельно.
Когда растения и животные умирают, их остатки попадают на дно водоёма. Здесь под действием бактерий мертвые остатки перегнивают, разрушаются. Из них образуются соли. Эти соли растворяются в воде, и тогда их могут использовать для питания растения.
Мы познакомились с жизнью пресного водоёма. Попробуйте составить цепь питания в пресном водоёме.
(Растения выделяют в воду кислород, которым дышат животные. Растениями питаются животные. Карась питается растениями, а щука – карасями.)
Мы доказали, что пресный водоём – это природное сообщество, узнали какие беды может принести человек водоёму.

5. Физкультминутка для глаз (слайд 8)

6. Знакомство с водоёмами Нижегородской области

Учитель: Продолжая знакомиться с жизнью водоёмов, мы отправляемся на юг Нижегородской области. Работу выполняла и готовила презентацию Пухова Дарья.

Пустынские озёра

Карта Нижегородской области (слайд 9)
Пустынские озёра расположены на севере Арзамасского района на реке Серёжа, а название им дало село Старая Пустынь, рядом с которым они находятся. В 1934 году в целях сохранения численности редких и ценных видов животных, в том числе выхухоли, был создан Пустынский охотничий заказник. Главной достопримечательностью Пустынского природного комплекса являются восемь (до 14 м) карстовых озёр: Великое, Свято, Глубокое, Кругленькое, Паровое, Долгое, Нарбус и Карасево – связанных в единую систему общей площадью 300 га. Половина Пустынских озёр (Великое, Глубокое, Паровое и Долгое) являются проточными – через них течет река Серёжа. Остальные озёра только иногда соединены между собой протоками, благодаря этому вода в них словно горный хрусталь – прозрачная и чистая. Пустынские озёра отличаются богатством флоры, в которой представлены почти все типичные водные растения средней полосы России. Из произрастающих здесь растений 55 видов являются редкими. Природным богатством заказника являются леса разнообразных типов: хвойно-широколиственных лесов, сосновых боров и пойменных дубрав. Здесь встречаются деревья – старожилы, которым уже более двухсот лет, достигающие до 35 м. в высоту и до 1 м. в диаметре. К числу обитателей заказника относятся и такие растения, занесенные в Красную книгу, как: башмачок настоящий, пыльцеголовник красный и водяной орех чилим, реликт межледникового времени (слайд 10) . Это однолетнее, водное, укореняющееся на дне растение с розеткой плавающих на поверхности воды ромбических листьев и белыми четырехлепестковыми цветками и орехообразными, в основном, четырехрогими плодами. Он встречается в «окнах» среди зарослей камыша, на глубине 1-1,5 метра. В Нижегородской области известно только несколько мест его произрастания. Во всех Пустынских озерах встречаются: лещ, ёрш, карась, краснопёрка, линь, окунь, язь (слайд 11), плотва, щука и другие виды рыб. Особенностью Пустынских озер является и то, что здесь можно найти
представителей всех типов водорослей, кроме бурых. Необычен животный мир. В водоёмах обитает от 3 до 6 видов млекопитающих: это речной бобр, выдра (слайд 12) и русская выхухоль (слайд 13) , численность которой вызывает особую тревогу. Русская выхухоль – типичный представитель доледникового периода, ровесник мамонтов и шерстистых носорогов, обитающих только в европейской части России. Заказник является также местом обитания не менее семи видов летучих мышей. Здесь гнездятся или кормятся на пролёте многие виды водоплавающих прибрежных птиц. Из числа очень редких птиц-хищников можно встретить беркута, орлана-белохвоста и скопу. Иногда на Пустынских озерах на пролете можно увидеть лебедей (слайд 14) . К обитателям Пустынского заказника относятся и другие редкие, в том числе «краснокнижные» представители фауны – бабочки: аполлон, махаон, медведица Геро, шмель моховой, пчела-плотник (слайд 15) и пр. К сожалению, в последние годы на Пустынских озёрах и в лесном массиве заказника сильно возросла рекреационная нагрузка, что отрицательно сказывается на состоянии озёр. В результате из флоры исчезли: наяда морская и водяной мох, сократилось произрастание водяного ореха. Поэтому на озёрах и заказнике требуется проведение неотложных мер по сохранению животного и растительного мира.

7. Обобщение и закрепление нового материала

Проводится по рабочей тетради (страница 48-49). Работа в парах – проверь тетрадь соседа карандашом, если что-то непонятно, в учебнике на странице 192-193 есть рисунок.

8. Подведение итогов (слайд 16)

Учитель: О чём говорили на уроке? Что узнали нового? Что вас особенно удивило и заставило задуматься?

9. Домашнее задание

Стр. 191-200, таблица, самостоятельно изучить тему: «Надо ли охранять болота»

Литература :

1. Арсирий А.Т. Занимательные материалы. – М.: Просвещение, 2005.
2. Барковская О.М. Экологическое воспитание. Начальная школа – 1996, № 6.
3. Окружающий мир. К учебникуА.А.Плешакова. Волгоград, издательство «Учитель», 2007.

А.В. Беляев

Пресный водоем легко найти практически в любой местности, в том числе и в черте города. Река, ручей, озеро, пруд, болото и даже простая канава могут служить местом проведения экскурсии.

В отличие от лесов и открытых пространств, видовой состав обитателей водоемов достаточно постоянен и в течение теплого времени года меняется незначительно. Обитатели водоемов многообразны и представляют самые разные экологические группы, но в то же время их не так уж и много и подготовить их краткую характеристику и рассказать о них будет несложно.

Проведение экскурсии требует предварительной подготовки. Имеет смысл заранее наметить маршрут и способ подхода или подъезда к водоему (или водоемам, если их предполагается посетить несколько), осмотреть берега и выявить наиболее удобные (а равно и наоборот – наиболее неудобные и опасные) места для отлова и разбора проб. Непосредственно перед работой необходимо провести краткий инструктаж о правилах поведения вблизи водоема. Например, надо строго запретить всякие игры в непосредственной близости от воды – падение ребенка в воду, даже если это небольшая канава, в прохладную погоду может сорвать всю экскурсию. Не менее важная задача – сделать ребят не пассивными слушателями, а активными исследователями водоема. Для этого надо заранее сообщить им основные сведения о биологии тех или иных водных животных, заинтересовать рассказом об их интересных особенностях и составить план работы, объяснив, где, как и кого надо искать.

С собой необходимо взять сачки на длинных ручках (2 м) из прочной мелкоячеистой ткани – желательно по одному на каждую группу из 5–7 человек, неглубокие пластиковые ведра и светлые фотокюветы для разбора улова, пинцеты, маленькие сачки и банки, а для демонстрации наиболее мелких организмов – пипетки, пробирки и лупы.

Сачок при отлове следует вести против течения или как бы описывая им восьмерку. Желательно, чтобы обруч сачка был прочным, а на него нашита полоса плотной крепкой ткани – это позволит отлавливать и донные организмы. Для этого обручем проводят по дну, а перед тем, как вытащить сачок из воды, его, не переворачивая, полощут, вымывая мелкие частицы грунта.

Затем содержимое сачка перекладывают в ведро или кювету и тщательно осматривают, перебирая пинцетом растения или донные отложения.

Во время экскурсии надо дать каждому возможность побыть «охотником», но не стоит увлекаться только отловом и перебиранием «добычи» – хотя бы о части пойманных животных надо рассказать подробнее. Животное, о котором идет рассказ, надо пересадить в банку или пробирку и передавать по кругу так, чтобы каждый мог его рассмотреть. Рассказ стоит сопровождать проблемными вопросами, предлагая детям внимательнее присмотреться к животным, порассуждать вслух и обсудить свои ответы.

Чем же могут быть интересны водные животные? Вот некоторые темы для обсуждения.

Способы дыхания у водных животных

Дыхание всей поверхностью тела. Губки, мшанки, плоские черви, пиявки не имеют специальных органов дыхания. Всасывание кислорода и выделение углекислого газа происходит просто через кожные покровы.

Жаберное дыхание. Жабры – специальные выросты с большой площадью поверхности, опутанные густой разветвленной сетью кровеносных сосудов, есть у различных ракообразных, двустворчатых моллюсков и некоторых брюхоногих (лужанка) моллюсков, личинок земноводных, и, конечно, у рыб.

Дыхание при помощи трахейных жабр и трахей. Трахеи – это система пронизывающих тело тонких наполненных воздухом трубочек, через стенки которых происходит газообмен.

Обычно трахеи открываются на поверхности тела специальными отверстиями – дыхальцами. Но в трахейных жабрах эти трубочки замкнуты и напрямую не сообщаются с окружающей средой (водой) – газообмен осуществляется путем диффузии через тонкие покровы. Трахеи здесь аналогичны кровеносным сосудам в обычных жабрах.

Трахейное дыхание характерно для насекомых. Заметные трахейные жабры в виде выростов есть у личинок веснянок, поденок, ручейников, вислокрылок – по бокам и у личинок мелких (равнокрылых) стрекоз – на конце тела.

Места расположения дыхалец у водных насекомых, не имеющих трахейных жабр, весьма разнообразны. Например, у клопа-гладыша они открываются на брюшной стороне тела в специальный пузырек воздуха, в котором происходит газообмен с водной средой (диффузионная жабра), у жука-плавунца – в специальную полость под крыльями. А вот водяной скорпион и личинка иловой мухи имеют специальную дыхательную трубку, которой они прорывают поверхностную пленку воды и дышат.

Легочное дыхание. Легкие – органы воздушного дыхания, представляющие собой полость внутри организма, стенки которой оплетены кровеносными капиллярами. Из водных животных легкими дышат легочные брюхоногие моллюски (прудовики, катушки) и взрослые земноводные.

Виды движения у водных животных

Плавание за счет волнообразных движений тела. Пиявки, некоторые другие черви.

Плавание за счет изгибов задней части тела с расположенным на конце расширенным органом – плавником. Рыбы, тритоны, личинки некоторых комаров и ряда других насекомых, раки.

Плавание с использованием конечностей. Планктонные ракообразные, плавающие клопы (гладыш), личинки жуков-плавунцов и взрослые водяные жуки, личинки некоторых других насекомых из разных отрядов. У членистоногих, плавающих с помощью конечностей, гребущие ноги веслообразно расширены или снабжены волосками. С помощью задних конечностей плавают лягушки, на их задних лапках имеются плавательные перепонки.

Реактивное движение (водяной выстрел). Личинки разнокрылых стрекоз набирают воду в заднюю кишку и, резко выбрасывая ее, достаточно быстро перемещаются в водной толще.

Передвижение при помощи ресничек на поверхности тела. Планарии и инфузории (но микроскопических инфузорий на экскурсии продемонстрировать затруднительно).

Ползание по дну или по водной растительности с использованием конечностей. Целый ряд насекомых и их личинок, водяные ослики, раки. Конечности таких животных отличаются от плавательных отсутствием расширений и наличием коготков.

Ползание с использованием сокращений мускулатуры. Моллюски.

Передвижение по поверхностной пленке. По поверхности воды легко и быстро скользят водомерки, снизу по пленке ползают брюхоногие моллюски, и, прикрепившись к ней, неподвижно висят, подстерегая добычу, клопы-гладыши.

Фильтрация. Отцеживание из воды питательных частиц и мелких организмов свойственно двустворчатыми моллюскам, губкам, рачкам-дафниям (дафнии отцеживают пищевые частицы при помощи брюшных ножек).

Питание мертвыми органическими остатками (детритом). Свойственно многим водным животным – личинкам ряда комаров и мух, водяному ослику, ракам, отчасти брюхоногим моллюскам и головастикам.

Питание растениями. Свойственно жукам водолюбам (но личинки водолюбов – хищники), клопам-греблякам, личинкам ряда ручейников, отчасти брюхоногим моллюскам. Водными растениями питаются развивающиеся в воде гусеницы бабочки кувшинковой огневки. Личинки бесхвостых земноводных (головастики) поедают мелкие водоросли-обрастатели.

Хищничество. Хищниками являются большинство обитателей водоемов. Активно ловят свою добычу рачки-циклопы, пиявки, личинки стрекоз, вислокрылок, некоторых ручейников, жуки-плавунцы и их личинки, жуки-вертячки, гладыш, водомерка, водяной скорпион. Хищниками являются личинки хвостатых земноводных (тритонов).

Особенности размножения

Половое и бесполое размножение. Половое размножение у подавляющего большинства водных животных осуществляется путем выметывания половых продуктов в воду, где происходит и оплодотворение, и развитие яиц. Нагляднее всего это можно продемонстрировать весной на примере икры земноводных (лягушек и жаб). Бесполое размножение (почкование) характерно для примитивных животных – губок, мшанок, гидр.

Уход за потомством (икрой или молодью). Ношение яиц на теле самки, что обеспечивает гораздо большую выживаемость потомства, чем при простом выметывании в воду, можно наблюдать у улитковой пиявки, циклопов, водяного ослика, раков. Для некоторых моллюсков – шаровок и лужанок – характерно яйцеживорождение.

Развитие насекомых с полным и неполным превращением. Развитие с полным превращением свойственно жукам (можно продемонстрировать личинок жуков), двукрылым (можно показать личинок и плавающие куколки комаров) и ручейникам.

Интересно продемонстрировать личинок ручейников в домиках-чехликах, а если повезет – и интересные подвижные плавающие куколки этих насекомых. Неполное превращение, при котором личинка с самого начала похожа на взрослое насекомое, наблюдается у клопов. С неполным превращением развиваются также стрекозы, поденки, веснянки, вислокрылки, но их личинки заметно отличаются от взрослых форм. Это очень интересный пример, позволяющий показать приспособления к разным средам обитания у одного и того же вида: личинки стрекоз и поденок живут в воде, а взрослые насекомые покидают водоем и летают. На стеблях поднимающихся из воды растений можно увидеть сухие шкурки личинок стрекоз, выползших из воды перед последней линькой, перед появлением взрослой крылатой формы.

Связь между водными и наземными сообществами

На примере стрекоз, поденок и комаров можно рассказать также о переносе химических элементов и энергии из водного сообщества в наземное. Личинки этих насекомых развиваются и растут, используя питательные вещества водоема. Взрослые насекомые летают около воды, где их поедают птицы, звери и другие обитатели суши, которые таким образом получают энергию, изначально запасенную не наземными, а водными растениями.

Каких животных, для которых характерны те или иные перечисленные особенности, чаще всего удается встретить во время экскурсии на водоем и о каких еще интересные моментах их жизни можно рассказать?

Тип Плоские черви

В наших пресных водоемах встречаются планарии – представители ресничных червей. Это мелкие животные, медленно ползающие по дну при помощи многочисленных ресничек, не видимых простым глазом. Питаются планарии при помощи выдвижной мускулистой глотки, располагающейся на брюшной стороне тела. Из глотки пища попадает в обширный сильно разветвленный и слепо замкнутый кишечник. Планарии – гермафродиты, откладывающие коконы с яйцами на нижние части водных растений.

Интересная особенность планарий – способность к быстрой регенерации – восстановлению утраченных частей тела. Иногда они даже размножаются при помощи самокалечения.

У нас чаще всего встречаются белая планария с почти прозрачным телом, сквозь которое просвечивают внутренние органы, и бурая планария с округлым головным концом, имеющая темную окраску.

Тип Кольчатые черви

В пресных водоемах можно встретить разнообразных пиявок (класс Пиявки). Это достаточно крупные черви с четко выраженной сегментацией, часто с рисунком на теле. Большинство пиявок средней и северной частей Русской равнины – активные хищники, питающиеся червями, личинками насекомых, моллюсками. Они (не все) быстро плавают в водной толще, извиваясь всем телом, но могут и «ходить» по дну, присасываясь то передней, то задней присоской.

Наиболее распространенные пиявки – малая и большая ложноконские. Большая ложноконская пиявка (до 15 см) имеет блестящую черно-зеленоватую окраску спины, а малая (до 5 см) – буро-коричневую, с несколькими рядами желтоватых пятен. Брюхо у них намного светлее спины.

Малая ложноконская пиявка вследствие своих небольших размеров и слабых челюстей намного уступает большой ложноконской в прожорливости. Ложноконские пиявки не могут присосаться к человеку, но в южных районах европейской части России встречается родственная им медицинская пиявка, которую издавна использовали в медицине.

Улитковая пиявка имеет тело овальной формы, зеленовато-желтого цвета. Размер этой пиявки – до 3 см. В отличие от конской и ложноконской, улитковая пиявка имеет хоботок, которым она высасывает мелких обитателей водоемов, в основном улиток (отсюда и ее название). Эта пиявка заботится о потомстве: яйца и молодь развиваются у нее на брюшной поверхности тела. Плавать улитковая пиявка не умеет, поэтому ползает по дну и растениям.

Тип Моллюски

Класс Двустворчатые

Двустворчатые моллюски имеют раковину, состоящую из двух створок, соединенных на спинной стороне. Мускулы, закрывающие створки раковины, такие мощные, что даже человек должен приложить усилие, чтобы открыть крупную раковину. Раковина состоит из трех слоев: внешнего рогового, среднего, самого твердого – фарфорового и перламутрового, выстилающего раковину изнутри.

Живут двустворчатые моллюски на дне водоемов и способны передвигаться с помощью мускулистой ноги, которой прикрепляются к субстрату и подтягивают остальное тело. Скорость передвижения, естественно, мала – до 30 см/ч.

Дышат двустворчатые моллюски, затягивая воду через вводной сифон (трубку, образованную краем мантии) в жаберную полость и выпуская ее через выводной сифон. По типу питания все двустворчатые моллюски являются фильтраторами, и поглощение пищи происходит у них одновременно с дыханием.

Похожая на беззубку перловица имеет более вытянутую и толстую раковину зеленоватого цвета. Имеет промышленное значение: из ее раковин делают перламутровые пуговицы.

Горошинки и шаровки – более мелкие двустворчатые моллюски, длина их раковины не превышает 1, 5 см. У горошинок вершина раковины смещена к заднему концу, а у шаровок располагается в центре раковины.

Класс Брюхоногие

Брюхоногие моллюски имеют спирально закрученную раковину, в которой находится тело, нога и голова, снабженная парой щупалец и двумя глазами. На голове находится и рот моллюска. Устье раковины может быть открытым (у легочных моллюсков – прудовиков, катушек) или закрытым крышечкой (у дышащих жабрами лужанок, битиний). Передвигаются брюхоногие при помощи волнообразных сокращений мускулистой ноги, как бы скользя по субстрату. Могут также ползать снизу по водной пленке.

Легочные моллюски дышат воздухом, за которым они время от времени поднимаются к поверхности.

Питаются все наши пресноводные улитки преимущественно растительной пищей, которую добывают при помощи «терки» (орган на языке), соскребывая ею покровы растений. Так же они поедают и мертвые остатки.

Катушки отличаются от прудовиков уплощенной, как бы сдавленной с боков раковинкой. Кладки яиц катушек имеют округлую форму.

Лужанки (живородки) и битинии отдаленно напоминают прудовиков, но устье их раковин закрывается крышечкой. Живут на дне илистых водоемов. Лужанка – довольно крупная улитка, ее раковина имеет длину 2–3 см и относительно округлую форму. Битинии мельче и их раковины больше похожи на раковины прудовиков. Битиния откладывает яйца на растения, а лужанка «рожает» маленьких улиточек, выносив икру в теле. Битиния – промежуточный хозяин кошачьей двуустки.

Тип Членистоногие

Класс Ракообразные

Водяного ослика из отряда равноногих (к которому принадлежат и наземные мокрицы) всегда можно встретить в водоемах, загрязненных гниющими растениями. Несмотря на то, что это относительно крупный рачок (самки достигают 15 мм в длину, а самцы – 20 мм), обнаружить его довольно сложно из-за хорошей маскировки. Водяной ослик, схваченный хищником, может произвольно отбрасывать конечности, которые потом регенерируют.

Дышат ослики, как и все ракообразные, жабрами, которые в процессе эволюции образовались из конечностей. Питаются мертвыми растительными остатками.

Бокоплавы из отряда разноногих имеют сплюснутое с боков тело. Живут в чистых проточных водоемах. Передвигаются на боку при помощи сокращения тела и ног. И у водяных осликов, и у бокоплавов яйца развиваются в выводковой камере самки.

Весной во временных водоемах можно встретить щитней из группы листоногих ракообразных. Эти рачки могут достигать довольно внушительных размеров – 2–5 см. Тело их покрыто округлым щитом, из-под которого выдаются два хвостовых придатка. Щитни – животные-эфемеры. Появляясь из яиц весной, они быстро растут, размножаются, а при высыхании лужи или прудика погибают. Яйца же остаются на сухом дне до следующей весны, но сохраняют жизнеспособность в сухом виде и гораздо более длительное время – 6–9 лет.

Список литературы

Еще из раздела Биология и химия:

• Реферат: γ-Аминомасляная кислота - тормозной медиатор ЦНС
• Реферат: Изменение кристаллической структуры и свойств полимерных материалов при микролегировании фуллереном Cgo

Бурые и красные водоросли, общая характеристика, морфология, основы физиологии, специфика жизненных циклов, систематика, роль в биосфере и в жизни человека.

Красные водоросли, или Багрянки. Подавляющее большинство красных водорослей - морские обитатели, но встречаются они и в пресных водах.

Багрянки - многоклеточные организмы, имеющие нитчатую и пластинчатую структуру, и только немногие, наиболее примитивные, являются одноклеточными или колониальными формами. Многие из них - крупные растения, достигающие в длину нескольких десятков сантиметров, но среди них немало микроскопических форм. По форме красные водоросли бывают в виде нитей, кустиков, пластинок, корок, кораллов и др. Органами прикрепления служат ризоиды, присоски, подошвы. Окраска их слоевища меняется от ярко-красной до голубовато-зеленой и желтой. Это обусловлено тем, что в пластинчатых хроматофорах кроме хлорофилла содержатся красный пигмент фикоэритрин и синий фикоцианин.

Размножаются багрянки бесполым (спорами) и половым путем.

Бурые водоросли. Общим внешним признаком бурых водорослей, обитающих во всех морях земного шара, служит желтовато-бурая окраска их слоевища, обусловленная наличием в их клетках желтых и бурых пигментов (каротинов и ксантофиллов).

Слоевище бурых водорослей напоминает ветвистые кустики, пластинки, ленты, сложно расчлененные на стебле- и листовидные органы. Размеры таллома изменяются от нескольких сантиметров до 60- 100 м. Таллом нарастает в результате интеркалярного (вставочного) роста или вследствие постоянного деления верхушечной клетки. Для прикрепления кгрунту служат ризоиды или базальный диск - дисковидное разрастание в основании слоевища.

По морфологической и анатомической дифференцировке таллома бурые водоросли стоят на более высоком уровне, чем все другие группы. Среди них неизвестны ни одноклеточные, ни колониальные формы, ни талломы в виде простой неразветвленной нити. У большинства представителей талломы ложно- или истинно тканевого строения (выделяют ассимиляционные, запасающие, проводящие ткани).

Размножаются бурые водоросли бесполым (участками таллома или спорами) и половым способом. При половом размножении зигота без периода покоя прорастает в новое растение.

В цикле развития большинства бурых и красных водорослей происходит закономерное чередование поколений - гаметофита и спорофита.

Заросли крупных бурых водорослей иногда тянутся на десятки километров, образуя своеобразные подводные леса и луга на глубине 40- 100 м и более. Они служат кормом, местом размножения и укрытия многих видов животных, субстратом для микро-и макроорганизмов, одним из основных источников органики в водоемах.

Значение водорослей. Повсеместное распространение водорослей определяет их огромное значение в биосфере и хозяйственной деятельности человека. Благодаря способности к фотосинтезу они являются основными продуцентами громадного количества органических веществ в водоемах, которые широко используются животными и человеком.

Поглощая из воды углекислый газ, водоросли насыщают ее кислородом, необходимым всем живым организмам. Велика их роль в биологическом круговороте веществ.

В историческом и геологическом прошлом водоросли принимали участие в образовании горных и меловых пород, известняков, рифов, особых разновидностей угля, ряда горючих сланцев. Они явились родоначальниками растений, заселивших сушу.

Водоросли широко используются в народном хозяйстве, в том числе в пищевой, фармацевтической и парфюмерной промышленности. Их возделывают в больших масштабах в установках под открытым небом с целью получения биомассы как дополнительного источника белка, витаминов и биостимуляторов для животноводства. Так, установлено, что в морских водорослях присутствуют витамины А, В1 ,В2, В12, С и D, соединенияиода, брома и т. д.

Многие водоросли используются в пищу человеком. Наибольшее признание получила морская капуста (некоторые виды ламинарии и порфиры), которая, кроме того, применяется как лечебное и профилактическое средство при желудочно-кишечных расстройствах, склерозе, зобе, рахите и других заболеваниях.

Водоросли служат сырьем для получения многих ценных веществ: спиртов, лака, аммиака, органических кислот, иода, брома (бурые); агар-агара (красные). Агар-агар нашел широкое применение в биотехнологии в качестве твердой среды для культивирования бактерии, водорослей, грибов. В больших количествах его используют для изготовления мармелада, пастилы, мороженого и т, д.

В сельском хозяйстве водоросли применяются как органические удобрения под некоторые культуры и в качестве кормовой добавки в пищевом рационе домашних животных.

Некоторые водоросли (например, хлорелла, сценедесмус и др.) способны накапливать радионуклиды, что может использоваться для дополнительной очистки слабоактивных сточных вод АЭС.

Зеленые водоросли. Общая характеристика, морфология, основы физиологии, специфика жизненных циклов. Эволюция структур и способов размножения. Систематика, основные представители. Зеленые водоросли как предки высших растений. Роль в биосфере и в жизни человека.

Зеленые водоросли - самый обширный из всех отделов водорослей, насчитывающий по разным оценкам от 4 до 13 - 20 тысяч видов. Все они имеют зеленый цвет слоевищ, что обусловлено преобладанием в хлоропластах хлорофилла a и b над другими пигментами. Клетки некоторых представителей зеленых водорослей (Хламидомонас, Трентеполия, Гематококкус) окрашены в красный или оранжевый цвета, что связано с накоплением вне хлоропласта каротиноидных пигментов и их производных.

В морфологическом отношении они отличаются большим разнообразием. Среди зеленых водорослей встречаются одноклеточные, колониальные, многоклеточные и неклеточные представители, активно подвижные и неподвижные, прикрепленные и свободноживущие. Чрезвычайно велик и диапазон их размеров - от нескольких микрометров (что сравнимо по размерам с бактериальными клетками) до 1–2 метров.

Клетки одноядерные или многоядерные, с одним или несколькими хроматофорами, содержащими хлорофилл и каротиноиды. Хлоропласты покрыты двумя мембранами и обычно имеют стигму, или глазок, - фильтр, проводящий синий и зеленый свет к фоторецептору. Глазок состоит из нескольких рядов липидных глобул. Тилакоиды - структуры, где локализованы фотосинтетические пигменты - собраны в стопки (ламеллы) по 2–6. В переходной зоне жгутиков есть звездчатое образование. Жгутиков чаще всего два. Основной компонент клеточной стенки – целлюлоза.

У хлорофит встречаются различные типы питания: фототрофное, миксотрофное и гетеротрофное. Запасной полисахарид зеленых водорослей – крахмал – откладывается внутри хлоропласта. Хлорофиты также могут накапливать липиды, которые откладываются в виде капель в строме хлоропласта и в цитоплазме.

Многоклеточные слоевища нитевидные, трубчатые, пластинчатые, кустистые или иного строения и разнообразной формы. Из известных типов организации таллома у зеленых водорослей отсутствует только амебоидный.

Они широко распространены в пресных и морских водах, в почве и в наземных местообитаниях (на почве, скалах, коре деревьев, стенах домов и пр.). В морях распространено около 1/10 от общего количества видов, которые растут обычно в верхних слоях воды до 20 м. Среди них есть планктонные, перифитонные и бентосные формы. Иначе говоря, зеленые водоросли освоили три основных среды обитания живых организмов: воду – землю – воздух.

Зеленые водоросли обладают положительным (движение к источнику света) и отрицательным (движение от яркого источника света) фототаксисом. Кроме интенсивности освещения, на фототаксис влияет температура. Положительным фототаксисом при температуре 160°С обладают зооспоры видов родов Гематококкус, Улотрикс, Ульва, а также отдельные виды десмидиевых водорослей, у которых движение клеток осуществляется за счет выделения слизи через поры в оболочке.

Размножение. Для зеленых водорослей характерно наличие всех известных способов размножения: вегетативное, бесполое и половое.

Вегетативное размножение у одноклеточных форм происходит делением клетки пополам. Колониальные и многоклеточные формы хлорофит размножаются частями тела (слоевища, или таллома).

Бесполое размножение у зеленых водорослей представлено широко. Осуществляется чаще подвижными зооспорами, реже неподвижными апланоспорами и гипноспорами. Клетки, в которых образуются споры (спорангии), в большинстве случаев ничем не отличаются от остальных вегетативных клеток таллома, реже они имеют иную форму и более крупные размеры. Формирующиеся зооспоры могут быть голыми или покрытыми жесткой клеточной стенкой. Количество жгутиков у зооспор варьирует от 2 до 120. Зооспоры разнообразной формы: шаровидные, эллипсоидные или грушевидные, одноядерные, лишенные обособленной оболочки, с 2–4 жгутиками на переднем, более заостренном конце и хлоропластом в расширенном заднем конце. Обычно они имеют пульсирующие вакуоли и стигму. Зооспоры образуются одиночно или, чаще, в числе нескольких из внутреннего содержимого материнской клетки, выходят наружу через образующееся в оболочке круглое или щелевидное отверстие, реже вследствие ее общего ослизнения. В момент выхода из материнской клетки зооспоры иногда окружены тонким слизистым пузыре, в скором времени расплывающимся (род Улотрикс).

У многих видов вместо зооспор или наряду с ними образуются неподвижные споры – апланоспоры. Апланоспоры - споры бесполого размножения, у которых отсутствуют жгутики, но имеются сократительные вакуоли. Апланоспоры рассматривают как клетки, у которых приостановлено дальнейшее развитие в зооспоры. Они также возникают из протопласта клетки в числе одной или нескольких, но не вырабатывают жгутиков, а, приняв шаровидную форму, одеваются собственной оболочкой, в образовании которой оболочка материнской клетки не участвует. Апланоспоры освобождаются вследствие разрыва или ослизнения оболочек материнских клеток и прорастают после некоторого периода покоя. Апланоспоры с очень толстыми оболочками называются гипноспорами. Они обычно принимают на себя функцию покоящейся стадии. У автоспор, которые представляют собой уменьшенные копии неподвижных вегетативных клеток, отсутствуют сократительные вакуоли. Образование автоспор коррелирует с завоеванием наземных условий, в которых вода не может всегда присутствовать в достаточном количестве.

Половое размножение осуществляется гаметами, возникающих в неизмененных, слегка измененных или значительно преобразованных клетках – гаметангиях. Подвижные гаметы монадного строения, двужгутиковые. Половой процесс у зеленых водорослей представлен различными формами: гологамия, конъюгация, изогамия, гетерогамия, оогамия. При изогамии гаметы морфологически совершенно подобны друг другу и различия между ними являются чисто физиологическими. Зигота одевается толстой оболочкой, нередко со скульптурными выростами, содержит большое количество запасных веществ и прорастает сразу или после некоторого периода покоя. При прорастании содержимое зиготы у большинства видов делится на четыре части, которые выходят из оболочки и прорастают в новые особи. Значительно реже гаметы развиваются в новый организм без слияния, сами по себе, без образования зиготы. Такое размножение называется партеногенезом, а споры, образующиеся из отдельных гамет, – партеноспорами.

При гетерогамии обе гаметы различаются между собой по величине и иногда по форме. Более крупные гаметы, часто менее подвижные, принято считать женскими, меньшие по величине и более подвижные – мужскими. В одних случаях различия эти невелики, и тогда говорят просто о гетерогамии, в других весьма значительны.

Если женская гамета неподвижна и напоминает больше яйцеклетку, то подвижная мужская становится сперматозоидом, а половой процесс получает название оогамии. Гаметангии, в которых возникают яйцеклетки, называются оогониями, от вегетативных клеток они отличаются как по форме, так и по величине. Гаметангии, в которых образуются сперматозоиды, называются антеридиями. Зигота, получившаяся в результате оплодотворения яйцеклетки сперматозоидом, формирует толстую оболочку и называется ооспорой.

При типичной оогамии яйцеклетки крупные, неподвижные и развиваются чаще всего по одной в оогонии, сперматозоиды мелкие, подвижные, образуются в антеридии в большом количестве. Оогонии и антеридии могут развиваться на одной особи, в этом случае водоросли однодомные; если они развиваются на разных особях – двудомные. Оплодотворенная яйцеклетка одевается толстой бурой оболочкой; нередко соседние с ней клетки дают короткие веточки, которые обрастают ооспору, оплетая ее однослойной корой.

Жизненные циклы. У большинства представителей зеленых водорослей жизненный цикл гаплобионтный с зиготической редукцией. У таких видов диплоидной стадией является только зигота – клетка, получающаяся в результате оплодотворения яйцеклетки сперматозоидом. Другой тип жизненного цикла – гаплодиплобионтный со спорической редукцией – встречается у Ульвовых, Кладофоровых и некоторых Трентеполиевых. Для этих водорослей характерно чередование диплоидного спорофита и гаплоидного гаметофита. Гаплодиплобионтный жизненный цикл с соматической редукцией известен только у Празиолы. Наличие диплобионтного жизненного цикла у Бриопсидовых и Дазикладиевых подвергается сомнению.

У некоторых Улотриксовых одна и та же особь может давать начало как зооспорам, так и гаметам. В других случаях зооспоры и гаметы образуются на разных особях, т.е. жизненный цикл водорослей включает в себя как половую (гаметофит), так и бесполую (спорофит) форму развития. Спорофит обычно диплоидный, т.е. имеет в клетках двойной набор хромосом, гаметофит гаплоидный, т.е. имеет одинарный набор хромосом. Это наблюдается в тех случаях, когда мейоз происходит при образовании спор (спорическая редукция) и часть жизненного цикла водоросли от зиготы до образования спор проходит в диплофазе, а часть от споры до образования гамет в гаплофазе. Такой цикл развития характерен для видов рода Ульва.

В пределах Улотриксовых водорослей широко распространена зиготическая редукция, когда мейоз происходит при прорастании зиготы. Диплоидной в этом случае оказывается только зигота, весь остальной жизненный цикл протекает в гаплофазе. Значительно реже встречается гаметическая редукция, когда мейоз происходит при образовании гамет. В этом случае гаплоидными являются только гаметы, а весь остальной цикл диплоидный.

Систематика . До сих пор отсутствует единая устоявшаяся система зеленых водорослей, особенно в отношении группировки порядков в различные предлагаемые классы. Очень долго типу дифференциации таллома придавали основное значение при выделении порядков у зеленых водорослей. Однако в последнее время в связи с накоплением данных об ультраструктурных особенностях жгутиковых клеток, типе митоза и цитокинеза и др. очевидна гетерогенность многих таких порядков.

Отдел включает 5 классов: Ульвофициевые – Ulvophyceae, Брипсодовые – Bryopsidophyceae, Хлорофициевые – Chlorophyceae , Требуксиевые – Trebouxiophyceae , Празиновые – Prasinophyceae .

Экология и значение. Зеленые водоросли широко распространены по всему миру. Большинство из них можно встретить в пресных водоемах, но немало солоноватоводных и морских форм. Нитчатые зеленые водоросли, прикрепленные или неприкрепленные, наряду с диатомовыми и синезелеными являются преобладающими бентосными водорослями континентальных водоемов. Они встречаются в водоемах различной трофности (от дистрофных до эвтрофных) и с различным содержанием органических веществ (от ксено- до полисапробных), водородных ионов (от щелочных до кислых), при различных температурах (термо-, мезо- и криофилы).

Среди зеленых водорослей имеются планктонные, перифитонные и бентосные формы. В группе морского пикопланктона празиновая водоросль Остреококкус считается самой маленькой эукариотной свободноживущей клеткой. Есть виды зеленых водорослей, которые приспособились к жизни в почве и наземных местообитаниях. Их можно встретить на коре деревьев, скалах, различных постройках, на поверхности почв и в толще воздуха. В этих местообитаниях особенно распространены представители родов Трентеполия и Требуксия. Зеленые водоросли вегетируют в горячих источниках при температуре 35–52°С, а в отдельных случаях до 84°С и выше, нередко при повышенном содержании минеральных солей или органических веществ (сильно загрязненные горячие сточные воды заводов, фабрик, электростанций или атомных станций). Они также преобладают среди криофильных видов водорослей. Они могут вызывать зеленое, желтое, голубое, красное, коричневое, бурое или черное «цветение» снега или льда. Эти водоросли находятся в поверхностных слоях снега или льда и интенсивно размножаются в талой воде при температуре около 0 °С. Лишь немногие виды имеют стадии покоя, тогда как большинство лишены каких-либо специальных морфологических приспособлений к низким температурам.

В пересоленных водоемах преобладают одноклеточные подвижные зеленые водоросли – гипергалобы, клетки которых лишены оболочки и окружены лишь плазмалеммой. Эти водоросли отличаются повышенным содержанием хлористого натрия в протоплазме, высоким внутриклеточным осмотическим давлением, накоплением в клетках каротиноидов и глицерина, большой лабильностью ферментных систем и обменных процессов. В соленых водоемах они нередко развиваются в массовом количестве, вызывая красное или зеленое «цветение» соленых водоемов.

Микроскопические одноклеточные, колониальные и нитчатые формы зеленых водорослей приспособились к неблагоприятным условиям существования в воздушной среде. В зависимости от степени увлажнения их подразделяют на 2 группы: воздушные водоросли, обитающие в условиях только атмосферного увлажнения, и, следовательно, испытывающие постоянную смену влажности и высыхания; водновоздушные водоросли, подвергающиеся действию постоянного орошения водой (под брызгами водопада, прибоя и т. д.). Условия существования водорослей аэрофильных сообществ очень своеобразны и характеризуются, прежде всего, частой и резкой сменой двух факторов - влажности и температуры.

Сотни видов зеленых водорослей обитают в почвенном слое. Почва как биотоп имеет сходство и с водными и с воздушными местообитаниями: в ней есть воздух, но насыщенный водяными парами, что обеспечивает дыхание атмосферным воздухом без угрозы высыхания. Интенсивное развитие водорослей как фототрофных организмов возможно только в пределах проникновения света. В целинных почвах это поверхностный слой почвы толщиной до 1 см, в обрабатываемых почвах он немного толще. Однако в толще почвы, куда не проникает свет, жизнеспособные водоросли обнаруживаются на глубине до 2 м в целинных почвах и до 3 м – в пахотных. Это объясняется способностью некоторых водорослей переходить в темноте к гетеротрофному питанию. Многие водоросли сохраняются в почве в покоящемся состоянии.

Для поддержания своей жизнедеятельности почвенные водоросли имеют некоторые морфологические и физиологические особенности. Это относительно мелкие размеры почвенных видов, а также способность к обильному образованию слизи – слизистых колоний, чехлов и обверток. Благодаря наличию слизи, водоросли быстро поглощают воду при увлажнении и запасают ее, замедляя высыхание. Характерной чертой почвенных водорослей является «эфемерность» их вегетации – способность быстро переходить из состояния покоя к активной жизнедеятельности и наоборот. Они также способны переносить разные колебания температуры почвы. Диапазон выживаемости ряда видов лежит в пределах от -200 до +84 °С и выше. Наземные водоросли составляют важную часть растительности Антарктиды. Они окрашены почти в черный цвет, поэтому температура их тела оказывается выше температуры окружающей среды. Почвенные водоросли являются также важными компонентами биоценозов аридной (засушливой) зоны, где почва в летнее время нагревается до 60–80°С. Защитой от избыточной инсоляции служат темные слизистые чехлы вокруг клеток.

Своеобразную группу представляют эндолитофильные водоросли, связанные с известковым субстратом. Во-первых, это – сверлящие водоросли. Например, водоросли из рода Гомонтия сверлят раковины перловиц и беззубок, внедряются в известковый субстрат в пресных водоемах. Они делают известковый субстрат рыхлым, легко поддающимся различным воздействиям химических и физических факторов. Во-вторых, ряд водорослей в пресных и морских водоемах способны переводить растворенные в воде соли кальция в нерастворимые и отлагающие их на своих талломах. Ряд тропических зеленых водорослей, в частности Галимеда, откладывает в талломе карбонат кальция. Они принимают активное участие в постройке рифов. Гигантские залежи останков Галимеды, иногда достигающие 50 м в высоту, встречаются в континентальных шельфовых водах, связанных с Большим Барьерным Рифом в Австралии и других регионах, на глубине от 12 до 100 м.

Зеленые требуксиевые водоросли, вступая в симбиотические отношения с грибами, входят в состав лишайников. Около 85% лишайников содержат в качестве фотобионта одноклеточные и нитчатые зеленые водоросли, 10% - цианобактерии и 4% (и более) содержат одновременно синезеленые и зеленые водоросли. В качестве эндосимбионтов они существуют в клетках простейших, криптофитовых водорослей, гидр, губок и некоторых плоских червей. Даже хлоропласты отдельных сифоновых водорослей, например Кодиума, становятся симбионтами для голожаберных моллюсков. Эти животные питаются водорослями, хлоропласты которых остаются жизнеспособными в клетках дыхательной полости, причем на свету они очень эффективно фотосинтезируют. Ряд зеленых водорослей развивается на шерсти млекопитающих. Эндосимбионты, претерпевая морфологические изменения по сравнению со свободноживущими представителями, не теряют способности фотосинтезировать и размножаться внутри клеток хозяина.

Хозяйственное значение. Благодаря способности к фотосинтезу они являются основными продуцентами громадного количества органических веществ в водоемах, которые широко используются животными и человеком. Поглощая из воды углекислый газ, зеленые водоросли насыщают ее кислородом, необходимым всем живым организмам. Велика их роль в биологическом круговороте веществ . Быстрое размножение и очень высокая скорость ассимиляции (примерно в 3-5 раз выше, чем у наземных растений) приводят к тому, что за сутки масса водоросли увеличивается более чем в 10 раз. При этом в клетках хлореллы накапливаются углеводы (в селекционных штаммах их содержание достигает 60%), липиды (до 85%), витамины B, С и К. Белок хлореллы, на долю которого может приходиться до 50% сухой массы клетки, содержит все незаменимые аминокислоты. Уникальная способность видов Хлореллы ассимилировать от 10 до 18% световой энергии (против 1–2% у наземных растений) позволяет использовать эту зеленую водоросль для регенерации воздуха в замкнутых биологических системах жизнеобеспечения человека при длительных космических полетах и подводном плавании.

Ряд видов зеленых водорослей используют как индикаторные организмы в системе мониторинга водных экосистем. Наряду с фототрофным способом питания многие одноклеточные зеленые водоросли (хламидомонады) способны всасывать через оболочку растворенные в воде органические вещества, что способствует активному очищению загрязненных вод, в которых развиваются эти виды. Поэтому их применяют для очистки и доочистки загрязненных вод, а также как корм в рыбохозяйственных водоемах.

Некоторые виды зеленых водорослей используются населением ряда стран в пищу.

Поверхностные пленки зеленых водорослей имеют большое противоэрозионное значение. Слизистые вещества клеточных оболочек склеивают частицы почвы. Развитие водорослей влияет на структурирование мелкозема, придавая ему водостойкость и препятствуя выносу с поверхностного слоя.

Почвенные водоросли оказывают влияние и на рост и развитие высших растений. Выделяя физиологически активные вещества, они ускоряют рост проростков, особенно их корней.

Клетки водорослей способны аккумулировать из воды различные химические элементы, причем коэффициенты их накопления достаточно высоки. Мощными концентраторами являются пресноводные зеленые водоросли, особенно нитчатые. При этом интенсивность накопления в них металлов гораздо выше, чем в других пресноводных гидробионтах. Немалый интерес представляет способность водорослей концентрировать в себе радиоактивные элементы. Отмершие клетки водорослей удерживают накопленные элементы не менее прочно, чем живые, а в некоторых случаях десорбция из мертвых клеток меньше, чем из живых. Способность ряда родов (Хлорелла, Сценедесмус и др.) концентрировать и прочно удерживать в своих клетках химические элементы и радионуклиды позволяет использовать их в специализированных системах очистки для дезактивации промышленных сточных вод, например для дополнительной очистки слабоактивных сточных вод АЭС.

Некоторые зеленые водоросли являются антагонистами вируса гриппа, полиовируса и др. Выделяемые водорослями биологически активные вещества играют важную роль в обеззараживании воды и подавлении жизнедеятельности патогенной микрофлоры.

В специальных биологических прудах сообщества водорослей и бактерий используют для разложения и детоксикации гербицидов. Доказана способность ряда зеленых водорослей гидролизовать гербицид пропанил, который быстрее разрушается бактериями.

Тканевая дифференцировка высших растений, ее возникновение в эволюции. Типы тканей.

Среди растений, обитающих на Земле, есть одноклеточные, тело которых состоит из одной клетки. Это водоросли хлорелла, хламидомонада. У этих растений клетка представляет собой отдельный целостный организм. В ней протекают все процессы жизнедеятельности: питание, дыхание, образование и выделение веществ, размножение.

Растения, тело которых состоит из большого числа клеток, называются многоклеточными. Таких рас-тений большинство. Это некоторые водоросли, мхи, папоротники, голосеменные и цветковые растения. У многоклеточных растений клетки, как правило, различаются по строению и функциям. Одни выполняют функцию питания, другие - размножения, третьи - передвижения веществ.

Строение растений в процессе исторического развития постепенно усложнялось, увеличивалось чис-ло разных типов клеток. Если у одноклеточных водорослей тело состоит из одной клетки, то у мхов уже насчитывается около 20 разных типов клеток, у папоротников - около 40, а у покрытосеменных - около 80.

Группы клеток, сходные по строению, происхождению и приспособленные к выполнению одной или нескольких функций, называют тканью. Ткани, состоящие из одного типа клеток, называются простыми, а состоящие из разных типов – сложными или комплексными.

У растений различают образовательную ткань, покровную, механическую, проводящую, фотосинте-зирующую и запасающую.

Образовательная ткань (меристема). Эта ткань состоит из более или менее одинаковых клеток с тонкими оболочками, способных делиться. Клетки плотно прилегают друг к другу, содержат ядро, цитоплазму, не имеют заметных вакуолей. Они расположены в кончиках корней и верхушках побегов, у основания молодых листьев, стеблевых междоузлий, под корой стволов деревьев (камбий). Клетки образовательной ткани постоянно делятся, благодаря чему побег и корень растут в длину и в толщину, распускаются почки, бутоны, из семян вырастают проростки. Образовательная ткань обеспечивает рост растения, образование новых тканей и органов.

Покровная ткань. Клетки этой ткани плотно прилегают друг к другу и защищают органы расте-ний от неблагоприятных воздействий внешней среды: высыхания, механических повреждений. Благодаря покровной ткани растение взаимодействует со средой, через нее в клетку поступают необходимые вещества из окружающей среды и выделяются отработанные продукты. Например, через покровную ткань (устьица) листа в растении осуществляется газообмен и происходит испарение воды.

Механическая ткань. Образована эта ткань клетками с толстыми, нередко очень прочными оболочками, которые часто пропитываются жироподобными веществами. Поэтому ткань придает растению постоянную форму, обеспечивает его сопротивление на излом и изгиб. Механические ткани образуют скелет растения и обеспечивают его прочность, за что их называют еще опорными.

Фотосинтезирующая (ассимиляционная) ткань. Эта ткань состоит из тонкостенных живых клеток, в цитоплазме которых содержатся многочисленные хлоропласты. В них образуются органические вещества в процессе фотосинтеза. Фотосинтезирующая ткань имеет зеленую окраску. Она обусловлена со-держанием в хлоропластах хлорофилла - пигмента зеленого цвета. Кроме хлорофилла в клетках фотосинте-зирующей ткани в небольшом количестве содержатся и другие пигменты (желтые, оранжевые). Они погло-щают коротковолновые лучи и выполняют роль экрана, который защищает хлорофилл и клетку от губи-тельного воздействия этих лучей.

Запасающая ткань. Образована крупными живыми клетками с тонкими оболочками. В них откла-дываются запасные вещества: белки, жиры и углеводы. У одних растений запасные вещества отклады-ваются в семенах, у других - в корнях, стеблях, клубнях и т.д. В стеблях кактусов, в листьях алоэ хорошо развита водозадерживающая ткань, что позволяет растениям выдерживать солнечную жару, а также недостаток воды в почве. По мере расходования воды ткани растения теряют упругость, но после поглощения воды они восстанавливают свой прежний вид и размеры.

Проводящие ткани пронизывают все тело растения, образуя непрерывную разветвленную систе-му - от мельчайших корешков до самых молодых листьев. Проводящие ткани способствуют образованию восходящего и нисходящего тока в растении. Восходящий ток - это ток минеральных солей, растворенных в воде, идущих от корней по стеблю к листьям. Восходящий ток осуществляется по сосудам (трахеям) и тра-хеидам ксилемы. Нисходящий ток - это ток органических веществ, направляющихся от листьев к корням по ситовидным элементам флоэмы. Наиболее древними проводящими элементами ксилемы являются трахеиды - вытянутые клетки с за-остренными концами. Трахеиды имеют одревесневшую клеточную стенку с различной степенью утолще-ния. Различают кольчатые, спиральные, точечные, пористые и другие трахеиды. Сосуды представляют со-бой длинные полые трубки, образованные одним рядом мертвых клеток, поперечные перегородки между которыми растворились. Ситовидные трубки флоэмы - это живые клетки, вытянутые в длину, с ситовидными отвер-стиями на концах (в местах соприкосновения клеток). Флоэма и ксилема образуют сосудисто-волокнистые пучки. Флоэма и ксилема - комплексные ткани. Так, ксилема включает сосуды, трахеиды, паренхиму и древесинные волокна (не всегда). Флоэма состоит из ситовидных трубок и клеток-спутниц, паренхимы и иногда лубяных волокон.

Типы размножения высших растений.

I. Воспроизведение, сопровождающееся размножением: А - материнская особь, А -дочерние, подобные материнской.

II. Воспроизведение, не сопровождающееся размножением: Ж - материнская особь, перестающая существовать после образования дочерней.

III. Размножение без воспроизведения. Материнская особь А производит потомков В, не подобных ей.

IV. Образование потомства, не являющееся воспроизведением (потомок В не подобен материнской особи А) и не сопровождающееся размножением.

Типы размножения растений . Новые особи могут образоваться от родительских бесполым путем, т. е. без участия гамет и полового процесса, и половым путем, когда образованию дочерних особей обязательно предшествует половой процесс. При бесполом размножении в широком смысле родительская особь или разделяется на более или менее равные части (деление одноклеточных водорослей, партикуляция у многолетних трав, см. гл. V и VII), или отделяет от себя мелкие зачатки дочерних особей, способные развиться в самостоятельные растения. Разделение вегетативного тела или отделение от него вегетативных же зачатков, например почек, клубеньков,- это вегетативное бесполое размножение. При этом генотип потомства остается в принципе неизменным и каждый потомок" полностью воспроизводит материнское растение. Иногда же в качестве зачатков отделяются специализированные клетки, называемые спорами (греч. спора - посев, сеяние). У высших растений образование спор связано с редукцией числа хромосом, поэтому вырастающие из спор дочерние растения не похожи на материнские (не воспроизводят их). Размножение спорами хотя и является бесполым, поскольку спора прорастает без всяких слияний с другими клетками, но оно связано у высших растений с половым размножением в закономерном цикле воспроизведения (см. ниже).

При половом размножении генотип дочерних особей может изменяться и обогащаться за счет различных рекомбинаций индивидуальных признаков родителей.

Общая характеристика вегетативного размножения. Вегетативное размножение - это увеличение числа особей данного вида или сорта посредством отделения жизнеспособных частей вегетативного тела растения. Каждая отделившаяся часть живет какое-то время самостоятельно и, как правило, образует новые органы, нередко недостающие (на отделившемся побеге образуются корни, на частях корня - побеги). Таким образом, при вегетативном размножении обычна и типична регенерация - восстановление целого из части. Впрочем, довольно часто все необходимые органы создаются у будущей самостоятельной особи еще до отделения ее от материнской (например, новые розеточные побеги с придаточными корнями на концах усов земляники).

Цикл развития мохообразных и папоротникообразных в связи с приспособлением к наземным условиям жизни.

Папоротники имеют характерный, ни с чем не сравнимый вид. Это древесное или травянистое растение. Оно имеет видоизмененный побег, к которому при помощи черешка крепятся псевдолистки, или вайи. Это – первый эволюционный шаг к образованию у растений настоящей листовой пластины. Вайи исполняют две функции: первая – фотосинтез, вторая – спорообразование.

В грунте растение закрепляется при помощи подземного стебля – корневища. От него отходит множество вегетативных корней. В стебле папоротника сформированы ткани – проводящие и паренхимные, дающие растению возможность потреблять больше минеральных веществ и воды, чем его более низкоорганизованные коллеги по планете.

Жизненный цикл папоротника состоит из двух фаз – спорофита и гаметофита с преобладанием первой фазы над второй. На нижней части вайи образуются гаплоидные споры. Со временем спорангий раскрывается, споры падают на землю и прорастают. Именно этот заросток несет гаметы, женские и мужские. Но яйцеклетки и сперматозоиды одного растения вызревают в разное время, поэтому автооплодотворения не происходит. Как и у мхов, для совершения оплодотворения папоротникам необходима сильно увлажненная среда.

Из оплодотворенной зиготы развивается особь – спорофит. Сначала она использует питательные вещества, которые есть в заростке, а когда он отмирает, начинает питаться самостоятельно.

Мхи – двудомные растения, то есть на верхушках мужских растений расположены органы, продуцирующие сперматозоиды, а на верхушках женских – продуценты яйцеклеток. Но каждое растение независимо от пола обладает стеблем и листками. Они мелкие и содержат хлорофилл. У многих мхов листки нижнего яруса становятся желто-бурыми из-за разрушения пигмента в условиях недостаточной освещенности.

Корней у мхов нет. К грунту они крепятся ризоидами – многоклеточными волосообразными отростками.

Мхи размножаются спорами, которые вызревают в спорангии спорофита. Спорофит мха представлен ножкой с коробочкой. Но живет он недолго и быстро усыхает. Подсохшая коробочка открывается, и из нее просыпаются споры. Из них вырастает растение с гаплоидным набором хромосом – многолетнее, зеленое; женская или мужская особь. В жизненном цикле мха преобладает гаметофит над спорофитом.

Строение и развитие женского и мужского гаметофита у голосеменных и покрытосеменных растений.

Женский гаметофит у всех голосеменных развивается полностью внутри мегаспорангия и не выходит даже частично наружу, т. е. не соприкасается непосредственно с воздушной средой. Доступ к женскому гаметофиту осуществляется только через микропиле. Таким образом внутри семязачатка создаются наиболее благоприятные условия защиты женского гаметофита от высыхания. В результате происходит постепенная редукция и упрощение женского гаметофита и архегониев, возникает возможность очень раннего формирования яйцеклетки, и у некоторых голосеменных (вельвичия и гнетум) образуются даже особые неотенические безархегониальные гаметофиты.

Голосеменные отличаются от папоротников также развитием мужского гаметофита, строением и способом прорастания микроспор. У папоротников, где развитие гаметофита происходит обычно лишь после высеивания спор, прорастание спор происходит через так называемый тетрадный рубец, расположенный на проксимальном полюсе споры. У голосеменных, где мужской гаметофит сильно упрощается и его развитие ускоряется, первые деления ядра микроспоры происходят уже внутри микроспорангия. В связи с ранним развитием мужского гаметофита и образованием гамет еще внутри оболочки споры возникает необходимость в приспособлении, посредством которого микроспора может изменять свой объем. Таким приспособлением оказывается борозда на дистальном полюсе микроспоры, впервые возникающая у некоторых семенных папоротников и характерная для огромного большинства голосеменных. Борозда служит не только для регулирования объема пыльцевого зерна. Она становится местом выхода из микроспоры гаустории (у низших групп) или пыльцевой трубки (у гнетовых и хвойных), также являющихся новообразованиями. Таким образом, у голосеменных, в отличие от папоротников, отверстие для выхода содержимого микроспоры образуется на дистальном полюсе. Гаустория (присоска) типа саговниковых растет горизонтально и служит лишь для прикрепления и питания мужского гаметофита; настоящая пыльцевая трубка хвойпых и гнетовых растет вертикально и служит главным образом для проведения спермиев к яйцеклеткам, т. е. является проводником (вектором), а не только присоской. Хотя обычно оба эти образования называют пыльцевыми трубками, но морфологически и функционально они очень различны.

Наконец, следует отметить характерное для голосеменных (за исключением вельвичии, гнетума и секвойи вечнозеленой) нуклеарное (ядерное) дробление зиготы. В этом отношении они отличаются не только от низших групп, но и от покрытосеменных, для которых (за исключением лишь рода пион) характерно клеточное дробление зиготы.

Циклы развития голосеменных представляют собой как бы переходную ступень между циклами развития папоротников и покрытосеменных. Так, например, сосна образует шишки двоякого рода - мелкие мужские, не более 2,5 см в длину, и крупные женские, достигающие у некоторых видов 45 см в длину. Женская шишка состоит из ряда чешуек, на поверхности каждой из которых находится по две семяпочки. В каждой семяпочке имеется диплоидная макроспоровая материнская клетка. Последняя делится мейотически, с образованием четырех гаплоидных макроспор, из которых лишь одна функционирует и развивается в многоклеточный макрогаметофит. На каждом таком макрогаметофите имеется по 2- 3 женских половых органа (архегония), содержащих по одной крупной яйцеклетке. На нижней стороне каждой чешуйки мужской шишки находится по два микроспорангия. В этих микроспорангиях имеется большое число микроспоровых материнских клеток, каждая из которых делится мейотически и образует четыре микроспоры. Находящиеся в микроспорангии, или в пыльцевом мешочке, микроспоры подвергаются делению и образуют четырехклеточный микрогаметофит, или пыльцевое зерно. Свободная пыльца разносится ветром. Достигнув женской шишки, пыльцевое зерно проникает в семяпочку через особое отверстие - микропиле - и соприкасается с макроспорангием.

Может пройти больше года, прежде чем одна из клеток пыльцевого зерна превратится в пыльцевую трубку, которая прорастает через макроспорангий и достигает макрогаметофита. Другая клетка пыльцевого зерна делится, образуя не подвижный сперматозоид, как у низших растений, а два мужских генеративных ядра. Когда конец пыльцевой трубки достигает шейки архегония и вскрывается, из него выходят два мужских ядра, которые оказываются рядом с яйцеклеткой. Одно из них сливается с ядром яйцеклетки, образуя диплоидную зиготу, а другое исчезает. После оплодотворения зигота делится и дифференцируется, образуя зародыш спорофита, окруженный тканями женского гаметофита, а также тканями материнского спорофита. Весь этот комплекс представляет собой семя.

Ткани макрогаметофита, снабжающие развивающийся зародыш питательными веществами, образуют эндосперм. Однако они состоят из гаплоидных клеток, а не из триплоидных (3n), как клетки эндосперма покрытосеменных, хотя и те и другие служат для обеспечения зародыша питанием. После кратковременного периода роста, в течение которого формируются несколько листовидных семядолей, эпикотиль (дающий начало стеблю) и гипокотиль (дающий начало первичным корням), зародыш переходит в состояние покоя и остается в этом состоянии, пока не упадет на землю. Попав в благоприятные условия, семя прорастает и развивается в зрелый спорофит - сосну.

Цикл развития покрытосеменных растений.

У покрытосеменных еще происходит смена поколений - спорофита и гаметофита, однако гаметофит редуцирован до нескольких клеток, находящихся в тканях цветка спорофита. Спорофит - это обычные, хорошо знакомые нам деревья, кустарники или травы. Не у всех растений цветки легко различимы; мелкие зеленые цветки злаков и некоторых деревьев существенно отличаются от тех ярко окрашенных образований, которые мы обычно называем цветками.

Цветок покрытосеменных - это измененный побег, содержащий вместо обычных зеленых листьев концентрически расположенные листья, модифицированные для выполнения функции размножения. Типичный цветок состоит из концентрически расположенных элементов четырех типов, прикрепленных к цветоложу - расширенному концу цветоносного стебля. Самые внешние элементы - чашелистики - обычно бывают зеленого цвета и больше всех похожи на настоящие листья. Внутри кольца чашелистиков расположены лепестки, в большинстве случаев ярко окрашенные для привлечения насекомых или птиц, обеспечивающих опыление.

Непосредственно внутри кольца лепестков находятся тычинки - мужские части цветка. Каждая тычинка состоит из тонкой тычиночной нити с расположенным на ее конце пыльником. Пыльник представляет собой группу пыльцевых мешков (микроспорангиев), каждый из которых содержит материнские клетки микроспор, так называемые материнские клетки пыльцы. В результате мейоза каждая из этих диплоидных клеток образует четыре гаплоидные микроспоры, которые после деления ядра превращаются в молодые микрогаметофиты, или пыльцевые зерна.

В самом центре цветка расположено кольцо пестиков (или один пестик, образовавшийся в результате слияния нескольких пестиков). Пестик состоит из утолщенной полой нижней части - завязи и отходящего от нее длинного тонкого столбика, который вверху заканчивается уплощенным рыльцем. Последнее обычно выделяет липкую жидкость для улавливания и удерживания попавших на пестик пыльцевых зерен. Все эти части цветка чрезвычайно разнообразны по числу, расположению и форме. Цветок, содержащий и тычинки и пестики, называется обоеполым; цветки, лишенные либо тычинок, либо пестиков, - однополыми. Однополые цветки, содержащие только тычинки, называются тычиночными; однополые цветки, содержащие только пестики, называются пестичными. Ива, тополь и финиковая пальма относятся к числу растений, у которых одни особи несут только тычиночные цветки, а другие - только пестичные. Органы размножения цветковых растений - тычинки, пестики, рыльце, столбик и т. д. - были изучены и получили свои названия до того, как стали известны различные стадии чередования поколений, и до того, как был выявлен параллелизм основных черт цикла развития мхов, папоротников и цветковых растений.

В завязи, расположенной у основания пестика, находятся одна или несколько семяпочек. Последние представляют собой макроспорангий, окруженный 1 или 2 интегументами. Как правило, каждая семяпочка содержит одну материнскую клетку макроспоры, которая в результате мейоза образует четыре гаплоидные макроспоры. Одна из макроспор развивается в макрогаметофит; остальные три разрушаются. Ход развития макрогаметофита специфичен для каждого вида; в типичном случае макроспора значительно увеличивается и ее ядро делится. Два дочерних ядра мигрируют на противоположные концы клетки, каждое из них делится, а затем делятся и эти дочерние ядра. Образующийся таким образом макрогаметофит, называемый зародышевым мешком, представляет собой восьмиядерную клетку с четырьмя ядрами у каждого конца. По одному ядру с каждого конца перемещается к центру клетки; эти два ядра, лежащие рядом в центре клетки, называются полярными ядрами. Одно из трех ядер, лежащих на одном конце макроспорофита, становится ядром яйцеклетки, а два других и три ядра, находящиеся на другом конце, исчезают.

Гаплоидная микроспора развивается внутри пыльцевого мешка в микрогаметофит, или пыльцевое зерно. Ядро микроспоры делится, образуя крупное ядро пыльцевой трубки и меньшее по размерам генеративное ядро. В большинстве случаев на этой стадии пыльца освобождается и переносится ветром, насекомыми или птицами на рыльце того же или ближайшего цветка. Попав на рыльце, пыльца прорастает. При прорастании пыльцы образуется пыльцевая трубка, растущая по столбику вниз к семяпочке. Кончик пыльцевой трубки выделяет ферменты, растворяющие клетки столбика, так что создается возможность для дальнейшего ее прорастания. Ядро трубки остается в кончике растущей пыльцевой трубки. Генеративное ядро мигрирует в пыльцевую трубку и делится с образованием двух ядер - ядер спермиев. Зрелый мужской гаметофит состоит из пыльцевого зерна и пыльцевой трубки, ядра трубки и двух ядер спермиев, а также некоторого количества связанной с ними цитоплазмы.

Проникнув в макрогаметофит через микропиле, кончик пыльцевой трубки лопается, и оба генеративных ядра проникают в макрогаметофит. Одно из этих ядер перемещается к ядру яйцеклетки и сливается с ним; образующаяся в результате диплоидная зигота дает начало новому поколению спорофита. Другое генеративное ядро перемещается к двум полярным ядрам, после чего все три ядра сливаются и образуют ядро эндосперма, содержащее тройной набор хромосом. Иногда два полярных ядра сливаются в одно еще до появления генеративного ядра. Описанное явление двойного оплодотворения, приводящее к возникновению диплоидной зиготы и триплоидного (с тройным набором хромосом) эндосперма, специфично и характерно для цветковых растений.

После оплодотворения зигота многократно делится и формирует многоклеточный зародыш. В результате делений ядра эндосперма образуются клетки эндосперма, наполненные пита тельными веществами. Эти клетки, окружающие зародыш, снабжают его питанием. После оплодотворения чашелистики, лепестки, тычинки, рыльце и столбик обычно завядают и опадают. Семяпочка вместе с содержащимся в ней зародышем превращается в семя; ее стенки утолщаются и превращаются в жесткие наружные покровы семени. Семя состоит из зародыша и эндосперма с запасом питательных веществ, заключенных в прочную оболочку, которая возникла из стенки семяпочки. Благодаря семенам вид имеет возможность расселяться в новые местообитания и переживать периоды неблагоприятных внешних условий (например, зимой), губительные для взрослых растений.

Плоды . Завязь - нижняя часть пестика, содержащая семяпочки, - разрастается и превращается в плод. Таким образом, число семян, содержащихся в плоде, соответствует числу семяпочек. В строго ботаническом смысле слова плод - это зрелая завязь, содержащая семена - зрелые семяпочки. В обыденной жизни мы называем плодами такие ароматные, мясистые образования, как виноград, ягоды, яблоки, персики, вишни. Но бобы фасоли и гороха, зерна кукурузы, помидоры, огурцы и дыни, а также орехи, репей и крылатые плоды клена - это тоже плоды. Настоящий плод развивается только из завязи. Плод, возникающий из чашелистиков, лепестков или цветоложа, называется ложным плодом. Плоды яблони состоят преимущественно из разросшегося мясистого цветоложа; только сердцевина яблока происходит из завязи.

Метаморфоз вегетативных органов.

Метаморфозы - видоизменения органов, возникшие в процессе эволюции растений как следствие изменения или смены функций органов под влиянием комплекса условий среды.

Корнеплоды и корневые шишки служат для запасания веществ, необходимых для образования семян. Корнеплоды образуются при утолщении главного корня и нижней части побега (свёкла, брюква, турнепс, репа, редис, редька, морковь, петрушка, вех, борщевик), а корневые шишки формируются на боковых корнях (георгины, аспарагус, зопник клубненосный, лабазник шестилепестный) двух - или многолетних растений.

Втягивающие корни могут укорачиваться у своего основания. За счёт этого они втягивают луковицы, корневища, клубни глубже в почву, где их почки защищены от неблагоприятных факторов. Втягивающие корни легко узнаются по поперечным полоскам на утолщённых основаниях. Они характерны для такого растения, как лилия - саранка, у которой с возрастом луковица погружается всё глубже в почву. Хорошо выражены у клубнелуковиц гладиолуса. Очевидно, их можно обнаружить и у других растений с луковицами, корневыми шишками и погружающимися корневищами. Известно, что у земляники, медуницы, копытня, фиалки, манжетки, гравилата надземные побеги с чешуевидными и зелёными розеточными листьями теряют фотосинтезирующие листья и втягиваются в почву придаточными корнями, становясь корневищами.

Бактериальные клубеньки. Боковые корни ряда растений приспособлены к симбиозу с некоторыми азотофиксирующими бактериями. В клубеньках из молекулярного азота воздуха синтезируются органические вещества, часть из которых используется растением. Кроме бобовых, способны образовывать на корнях клубеньки лох, ольха, облепиха. Бобовые, благодаря дополнительному источнику азота, богаты белками. Они дают ценные пищевые и кормовые продукты, обогащают почву азотистыми веществами (на 1 га почвы 200-300 кг азота) поэтому их часто используют в качестве "зелёных удобрений", а облепиху - при рекультивации нарушенных земель.

Микориза (грибокорень). Корни многих растений сожительствуют с почвенными грибами, образуя микоризу ("грибокорень"). Гифы грибов облегчают корням восприятие воды и минеральным веществ из почвы, передают им некоторые органические вещества витамины, регуляторы роста. Гриб получает от высших растений углеводы и другие питательные вещества. Микоризу образует большая часть дикорастущих и культурных трав и деревьев - представителей голосеменных, однодольных (75%) и двудольных (80-90% от общего числа видов). Растения, например древесные лучше растут в присутствии гриба, а семена орхидных только в этом случае прорастают. У деревьев грибные нити обычно располагаются снаружи (в виде чехла) и в поверхностных тканях корней, лишенных в этом случае корневых волосков. При сожительстве с травами споры грибов проникают, как правило, внутрь корней, которые могут усиленно при этом ветвиться и образовывать вздутия. Выпадение кислотных дождей вызывает сокращение видового разнообразия микоризообразующих грибов и разрушение микория Эти данные были получены при изучении сосны, берёзы и пихты! Видоизменения побегов. Побеги могут накапливать в паренхиме стебля или листьев различные вещества, необходимые для цветения или перенесения засушливых условий. Запасающие побеги обычно находятся под землёй и несут на себе чешуевидные листы и почки возобновления. Благодаря этому растения становятся многолетними, могут размножаться в условиях где затрудняется семеношение и захватывать новые территории. Иногда вместо листья функцию фотосинтеза выполняют стебли. Побеги могут превращаться в усики или колючки.