§ 14. РОСЛИНИ. ВОДОРОСТІ

Основні поняття й ключові терміни: РОСЛИНИ. ВОДОРОСТІ.

Пригадайте! Хто такі еукаріоти?

Поміркуйте!

Міжнародний день рослин (Fascination of Plants Day) відбувається під егідою Європейської організації біології рослин (EPSO) і відзначається у 39 країнах світу, 29 з яких — країни Європи, а інші — Південної та Північної Америки, Азії, Австралії та Африки. Понад 450 установ беруть участь у заходах з метою поширення в суспільстві наукових знань про рослини. А які еукаріотичні організми називають у сучасній біології рослинами?

ЗМІСТ

Які особливості рослин відрізняють їх від інших фотоавтотрофів?

У сучасній філогенетичній системі еукаріотичних організмів до групи РОСЛИНИ в широкому розумінні цього поняття (Plantae sensu lato, або Архепластиди) відносять Глаукофітові водорості, Червоні водорості та Зелені рослини (Plantae sensu stricto, або рослини у вузькому розумінні). До Зелених рослин (Viridiplantae) належать Хлорофіти із зеленими водоростями та Стрептофіти, до яких належать харові водорості та вищі рослини. Саме ці групи мають спільність походження, що доведено шляхом секвенування ДНК та ознаками клітинної будови. Які ж найзагальніші ознаки збірної групи РОСЛИНИ?

Рослини — це еукаріотичні фотосинтезуючі одноклітинні, колоніальні та багатоклітинні організми, в яких клітини тригеномні — з ядерним, мітохондріальним та хлоропластним геномами. Рослини характеризуються значною змінністю розмірів геному, кількості й морфології хромосом. Кількість хромосом змінюється в межах від 4 до 1000 й більше, але більшість видів містить в ядрі від 12 до 60 хромосом.

Живлення рослин автотрофне. Вони використовують енергію світла для синтезу органічних речовин із неорганічних. Джерелом Карбону при цьому є вуглекислий газ, а джерелом електронів й Гідрогену — вода.

Хлоропласти рослин мають прокаріотичне походження, тому в сучасній системі організмів їх відносять до групи Архепластиди, що в перекладі з грецької означає «володарі древніх пластид». Ці органели виникли завдяки первинному ендосимбіозу ціанобактерій з еукаріотичними клітинами (іл. 35). Первинний симбіоз — це поглинання еукаріотичною клітиною шляхом фагоцитозу вільноживучих ціанобактерій, які після горизонтального перенесення генів від симбіонта в ядро клітини-хазяїна еволюціонували у двомембранні первинні пластиди. Такі хлоропласти крім рослин є ще в червоних й глаукофітових водоростей.

Іл. 35. Схема первинного ендосимбіозу (зумовив появу глаукофітових, червоних та зелених водоростей)

Хлоропласти рослин містять зелені фотосинтезуючі пігменти хлорофіли а, b i d: хлорофіли а (глаукофітові водорості), хлорофіли а і b (зелені рослини), хлорофіли а і d (червоні водорості). Окрім хлорофілів у червоних водоростей є червоні фікобіліни, а у глаукофітових — сині фікобіліни. Сумісна діяльність цих пігментів збільшує спектр поглинання й ефективність отримання енергії для фотосинтезу в різних умовах.

Отже, РОСЛИНИ — одноклітинні, колоніальні та багатоклітинні еукаріотичні організми, найзагальнішими особливостями яких є фотоавтотрофне живлення, наявність первинних пластид і хлорофілів a, b і d.

Які особливості водоростей?

ВОДОРОСТІ (Algae) — різнорідна група сланевих фотосинтезуючих організмів, які живуть переважно у воді чи пристосувались до життя на суходолі. Тіло водоростей має назву «слань», живлення фотоавтотрофне, хлоропласти називають хроматофорами; вони можуть мати різні форму та походження, запасними речовинами є здебільшого вуглеводи (крохмаль, ламінарин, волютин, лейкозин) й жири (олії), що накопичуються й відкладаються у вигляді включень у цитоплазмі або пластидах.

Різні групи водоростей виникли в різний час від різних предкових форм (поліфілетичне походження) та розвивалися окремо, але в результаті еволюції набули багато подібних рис. Серед водоростей є групи, що належать до рослин (глаукофітові, червоні, зелені, харові водорості) й разом з наземними рослинами становлять окрему гілку філогенетичного дерева еукаріотів під назвою Архепластиди. Такі групи водоростей, як діатомові, бурі, золотисті, жовто-зелені, дінофітові належать до іншої гілки еволюції еукаріотів (Хромальвеоляти) і мають філогенетичну спорідненість з інфузоріями, форамініферами, радіоляріями та споровиками. А така група, як евгленові водорості належить до групи Екскавати й споріднена із джгутиконосцями (трипаносоми, лейшманії). Ми розглянемо лише водорості, які належать до рослин.

Глаукофітові водорості (від грец. Глаукос — синьо-зелений, фітос — рослина) — одноклітинні рослинні організми, які живуть лише у прісноводних водоймах і болотах. Ці найдавніші фотосинтезуючі еукаріоти мають унікальні ознаки: двомембранні хлоропласти (ціанели) із шаром муреїну між мембранами, наявність хлорофілу а та фікобілінів, що зумовлюють яскраве синьо-зелене забарвлення, здатність до фіксації азоту тощо. Науковці вважають, що в межах групи Архепластиди глаукофіти виокремились у самостійну групу ще до розходження зелених й червоних водоростей. Представниками глаукофітових водоростей є ціанофора (іл. 36), глаукоцистис та ін.

Іл. 36. Глаукофітова водорость ціанофора

Червоні водорості — це одноклітинні, колоніальні або багатоклітинні, здебільшого морські, організми. Характерне забарвлення червоних водоростей визначається передусім наявністю особливих пігментів — фікобілінів. Завдяки цим сполукам водорості можуть вловлювати слабке світло навіть на глибинах 200—250 м. У матриксі клітинної оболонки наявні агари. Запасають червоні водорості особливу речовину — багрянковий крохмаль, що відкладається в цитоплазмі. Цікаво, що жодні їхні клітини, в т. ч. й статеві, не мають джгутиків. Найвідомішими червоними водоростями є порфіра, кораліна, філофора (іл. 37).

Іл. 37. Червона водорость філофора ребриста

Зелені водорості — рослинні організми із зеленим кольором слані, що визначається переважаючими зеленими пігментами. Клітини більшості видів вкрито клітинною оболонкою з целюлози, у хлоропластах один або кілька піреноїдів, хроматофори, на відміну від хлоропластів інших водоростей забезпечують не лише фотосинтез, а й є місцем відкладання крохмалю. Зелені водорості поширені в прісних та солоних водоймах, морях та океанах, наземних екосистемах. До зелених водоростей належать такі роди, як хламідомонада, вольвокс, хлорела, улотрикс, ульва, ацетабулярія, спірогіра (іл. 38).

Іл. 38. Зелена водорость спірогіра

Харові водорості — це багатоклітинні організми, які поєднують ознаки водоростей і вищих рослин. Ззовні ці водорості схожі на хвощі. Ознаками харових водоростей є особливий верхівковий ріст, наявність вузлів і різних клітин у вузлах, багатоклітинні органи для статевого й вегетативного розмноження. Найвищого розвитку досягають статеві органи — антеридії й архегонії (іл. 39). Вони багатоклітинні, у більшості видів розвиваються на одній рослині. Для вегетативного розмноження на ризоїдах утворюються бульбочки, а на вузлах талому — зірчасті скупчення клітин. До харових водоростей належать представники таких родів, як хара, нітела, толіпела.

Іл. 39. Статеві органи харової водорості

Отже, водорості — це поліфілетична різнорідна група організмів, які належать до віддалених гілок філогенетичного дерева еукаріотів.

ДІЯЛЬНІСТЬ

Самостійна робота з діаграмою

Філогенетичні дерева можуть бути представлені у вигляді кладограм, що відображають послідовність еволюційних подій та філогенетичні зв’язки між групами організмів. Розмістіть цифри вказаних груп у кружечках та отримайте кладистичну діаграму Рослин: 1 — Архепластиди; 2 — Глаукофітові водорості; 3 — Червоні водорості; 4 — Зелені рослини; 5 — Хлорофіти (зелені водорості); 6 — Стрептофіти; 7 — Харові водорості; 8 — Наземні рослини.

Біологія + Хімія. Силіцій і рослини

Для більшості сучасних агрономів, садівників, квітникарів словосполучення «Силіцій і рослини» є незвичним. Частіше з життєдіяльністю рослин асоціюються такі елементи, як Нітроген, Фосфор, Калій та ін. Однак останнім часом біологи виявляють підвищену зацікавленість до цього елемента. Яке ж значення має Сіліцій для рослин? Спробуйте пояснити досліди з трепелом щодо життєдіяльності пеларгонії зональної.

СТАВЛЕННЯ

Біологія + Фізика. Забарвлення водоростей

Зіставте елементи будови хлоропластів з їхніми позначеннями на ілюстрації й отримайте назву червоних фотосинтезуючих пігментів червоних водоростей:

Ф — зовнішня мембрана; І — міжмембранний простір; К — внутрішня мембрана; О — строма; Е₁ — тилакоїд; Р₁ — мембрани тилакоїдів; И₁ — грани; Т — ламела; Р₂— зерна крохмалю; И₂ — рибосоми; Н — хлоропластна ДНК; И₂ — краплини олії.

Яке значення для водоростей має різне забарвлення їхньої слані?

§ 44. Водорості та спорові рослини: хто у воді, а хто на суходолі

Гуляємо лісом, виходимо на галявину, а ось вдалечині видніється озеро. І всюди – різноманіття форм, розмірів, кольорів рослинного світу Але як відрізнити мохи, плауни, хвощі? І чи цвіте папороть? Чи всі рослини в озері є водоростями?

1. Які основні відмінності водоростей, спорових і насінних рослин. У таких рослин, як водорості, немає тканин і органів, як у квіткових рослин. Тому їхнє тіло називають сланню, або таломом (мал. 165).

Мал. 165. Групи рослин

Насінні рослини, такі як покритонасінні (квіткові) і голонасінні, поширюються насінинами. Спорові рослини формують спори (клітина чи кілька клітин, захищених оболонками), з яких за сприятливих умов утворюється нова рослина.

Запитання

Розглянь схему на малюнку 165 і поміркуй за якими ознаками рослини об’єднують у групи.

2. Чим відрізняються водорості, мохи, плауни, хвощі та папороті?

ВОДОРОСТІ

Яка будова тіла

• тіло не має тканин, кореня, пагону, тому його називають слань, або талом;
• може складатися з однієї клітини або багатьох;
• забарвлене в різних водоростей у зелений, червоний колір завдяки спеціальним речовинам

Як живуть

• у водоймах вільно плавають або прикріплені до дна чи підводних предметів, у ґрунті, на корі дерев, скелях;
• фотосинтезують;
• розмножуються поділом тіла на частини або за допомогою спор чи статевих клітин

Яке значення

• є їжею для тварин водойм, для людини;
• утворюють кисень під час фотосинтезу, яким дихають організми;
• очищують водойми;
• з них отримують речовини, наприклад, йод;
• добувають речовину агар-агар, яку використовують для вирощування мікроорганізмів, а також у кулінарії;
• разом із ціанобактеріями можуть спричинити «цвітіння водойм»

Мал. 166. Різноманітність водоростей

МОХИ

Яка будова

• у деяких тіло має простішу будову (слань), тобто немає таких органів, як стебло, листки, корінь;
• в інших є стебло, дрібні листки, довгі «волоски», які виконують функцію коренів – ризоїди;
• для розмноження утворюють ніжку з коробочкою, в якій утворюються спори

Як живуть

• у зволожених місцях на суходолі, найчастіше лісах, деякі у водоймах;
• фотосинтезують;
• розмножуються поділом тіла на частини або за допомогою спор чи статевих клітин

Яке значення

• одні з перших оселяються там, де немає інших рослин, поступово утворюючи для них ґрунт;
• вбирають у себе воду, сприяють утворенню боліт;
• сфагнуми утворюють торф, який використовують люди;
• у хімічній промисловості з них отримують різні речовини;
• використовують для озеленення акваріумів

Мал. 167. Різноманітність мохів

ПЛАУНИ

Яка будова

• трав’янисті рослини;
• корені, стебло (росте вгору або стелиться по землі, вкорінюючись), дрібні листки;
• для розмноження утворюють «колоски», в яких формуються спори

Як живуть

• у зволожених місцях на суходолі, найчастіше лісах, деякі недалеко від берегів озер;
• фотосинтезують;
• розмножуються поділом пагону на частини або спорами, або статевими клітинами

Яке значення

• серед плаунів є отруйні
• з давніх вимерлих плаунів утворилось кам’яне вугілля, яке використовують здебільшого як паливо;
• деякі плауни є лікарськими рослинами;
• у хімічній промисловості з них отримують різні речовини;
• вирощують як декоративні рослини;
• використовують для забарвлення вовни у коричневий колір;
• плауни, які живуть у воді, використовують для озеленення акваріумів

Мал. 168. Різноманітність плаунів

ХВОЩІ

Яка будова

• трав’янисті рослини;
• корені, підземний пагін (кореневище), пагін над землею (навесні проростає бурого кольору, утворює спори і відмирає, а влітку росте зелений), листки дуже дрібні, тому фотосинтезують стебла;
• для розмноження утворюють «колоски», в яких формуються спори

Як живуть

• у зволожених місцях на суходолі, на берегах водойм;
• фотосинтезують;
• розмножуються поділом кореневища на частини або за допомогою спор, чи статевих клітин

Яке значення

• тварини не їдять через отруйні речовини і дуже тверді стебла;
• з давніх вимерлих хвощів утворилось кам’яне вугілля;
• деякі хвощі є лікарськими рослинами;
• їстівними є молоді літні пагони і бульбочки на кореневищах, які містять крохмаль, як і бульби картоплі;
• через тверді стебла можна використовувати для чищення, шліфування металу, кухонного посуду;
• для забарвлення тканин, вовни у сіро-жовтий колір;
• є бур’янами, яких непросто позбутись

Мал. 169. Різноманітність хвощів

ПАПОРОТІ

Яка будова

• трав’янисті рослини, але є і деревоподібні (мешканці тропіків);
• корені, підземне стебло (кореневище), листки, які мають назву вайї;
• спори утворюються в спеціальних утворах на листках

Як живуть

• поширені на суходолі, наприклад, у лісах, а деякі – у водоймах;
• фотосинтезують;
• розмножуються поділом кореневища на частини або за допомогою спор, чи статевих клітин

Яке значення

• з давніх вимерлих папоротей утворилось кам’яне вугілля;
• деякі папороті є лікарськими рослинами;
• вирощують як декоративні рослини;
• деякі водні папороті вирощують як зелене добриво на полях з рисом;
• серед папоротей є отруйні

Мал. 170. Різноманітність папоротей

Працюємо разом

Обговоріть у групі, що дізналися нового про водорості, мохи, плауни, хвощі та папороті.

КОРОТКО ПРО ГОЛОВНЕ

• Водорості – одноклітинні та багатоклітинні рослини, тіло яких (слань, або талом) не має тканин та органів, які є у спорових і насінних рослин.

• Мохи – спорові рослини, в яких є стебло, листки, немає коренів, а спори в багатьох утворюються в коробочці на ніжці.

• Плауни, хвощі та папороті – спорові рослини, які мають корені, стебло, листки (у хвощів листки дуже дрібні, а в папоротей їх називають вайями). У плаунів і хвощів спори утворюються в колосках, а у папоротей – у спеціальних утворах на нижній стороні листків.

ЗАПИТАННЯ ЗАВДАННЯ ДОСЛІДЖЕННЯ

1. Що з переліченого не характерне для водоростей:

• можуть складатися з однієї або багатьох клітин;
• прикріплюються до морського дна коренями;
• деякі з них можуть спричиняти цвітіння водойм;
• живуть тільки у водоймах.

2. Співвіднеси твердження з назвою рослин, яких воно стосується.

1. У багатьох представників є весняні та літні пагони, що відрізняються

2. На нижній стороні листків утворюють спеціальні утвори, в яких формуються спори

3. Мають корені, стебло, дрібні листки і утворюють колоски із спорами

4. Не мають коренів, а спори в багатьох утворюються в коробочці на ніжці

3. Розпізнай рослини за частинами їхнього тіла.

Мал. 171