ПРОКАРИОТЫ Отдел сине-зеленые водоросли (цианобактерии, хлороксибактерии, цианофиты) — Cyanophyta (Cyanobacteria) Spirulina
Тип дифференциации таллома: Gloeocapsa Коккоидный тип дифференциации таллома Oscillatoria Mastigocladus Нитчатый (трихоматальный) Разнонитчатый (гетеротрихальный) тип
• Трихомы: гомоцитные (трофоцисты) и гетероцитные (трофоцисты и гетероцисты)
Строение клетки прокариот: • Шаровидные, бочонковидные, цилиндричекие, 10 х10 мкм • Прокариотическое строение Газовые вакуоли Слизистая капсула Клеточная стенка Хроматоплазма с тилакоидами Карбоксисомы Центроплазма с ДНК Рибосомы Фикобилисомы Цианофициновые гранулы 4
• Клеточная стенка многослойная, состоит из муреина (пептидогликан) • На ее поверхности липопротеиновый слой с фибриллами (движение трихомов) • Слизистый чехол образован из полисахаров • В стенке и чехле могут откладываться известь, кремнезем, соли железа , фосфаты (строматолиты) • Пигменты: жирорастворимые хлорофилл а, b, с, d и каротиноиды, водорастворимые фикоцианин, аллофикоцианин, фикоэритроцианин (в фикобиллисомах) • Запасные в-ва: цианофициновый крахмал, цианофициновые гранулы, полифосфатные гранулы, липидные капли.
• Пигменты: жирорастворимые хлорофилл а, b, с, d и каротиноиды, водорастворимые фикоцианин, аллофикоцианин, фикоэритроцианин (в фикобиллисомах) Газовые вакуоли Слизистая капсула Клеточная стенка Хроматоплазма с тилакоидами Карбоксисомы Центроплазма с ДНК Рибосомы Фикобилисомы Цианофициновые гранулы 6
• • • Водорастворимые фикобилипротеины расположены на наружной поверхности тилакоидов в фикобилисомах диаметром 20 — 70 нм. На долю фикобилисом может приходиться до 25 % сухого веса клетки и 40 % суммарного растворимого белка. У цианобактерий имеются 4 типа фикобилипротеинов: C-фикоиианин (максимум поглощения при длине волны 620 нм), аллофикоцианин (максимум поглощения при длине волны 650 нм), С-фикоэритрин (максимум поглощения при длине волны 565 нм) и фикоэритроцианин (максимум поглощения при длине волны 568 нм). У всех цианобактерий, исключая прохлорофитовых, содержатся первые два фикобилипротеина, в то время как последние два встречаются только у некоторых видов. Соотношение фикоцианина и фикоэритрина у цианобактерий может изменяться под 7 воздействием света.
Типы питания: • облигатный фотоавтотрофный, когда организмы могут расти только на свету на неорганическом источнике углерода; некоторые из них являются ауксотрофами, т. е. им требуется небольшое количество органических соединений, которые используются не в качестве источника углерода, а как витамины; • факультативный хемогетеротрофный, когда цианобактерий способны к гетеротрофному росту в темноте, используя органические вещества (глюкозу, фруктозу и один или два дисахарида), и к росту фототрофно на свету; их хемогетеротрофный рост идет медленнее, чем фототрофный, что, возможно, связано у них с неполным циклом трикарбоновых кислот; • фотогетеротрофный, когда на свету используют органические соединения как источник углерода. • Цианобактерий способны также к миксотрофии, при которой различные органические вещества, например, такие, как аминокислоты, не могут полностью заменить источник углерода и используются в качестве дополнения к автотрофной фиксации углекислого газа.
Особенности метаболизма и жизнедеятельности • Фотоавтотрофы: оксигенный или аноксигенный фотосинтез (сероводород служит источником электронов). Факультативный аноксигенный фотосинтез (Lyngbya, Oscillatoria). • По типу питания: облигатные фотоавтотрофы, факультативные хемогетеротрофы, фотогетеротрофы. • Клеточное дыхание осуществляется на тилакоидах и плазмалемме (с использованием цианофицинового крахмала). • Способны к фиксации атмосферного азота (фермент нитрогеназа), происходит в терминальных или интеркалярных гетероцистах • При неблагоприяных условиях образуют акинеты – крупные толстостенные покоящиеся споры • Движение: фототаксис, хемотаксис • Размножение: 1. Вегетативное (деление клетки пополам, фрагментами колоний, участками трихом – гормогониями) 2. Бесполое (эндо- и экзоспоры) Chamaesiphon 9
Фиксация атмосферного азота: • Атмосфера Земли на 78 % состоит из азота, но способность к его фиксации обнаружена только у прокариот, а среди водорослей исключительно у цианобактерий. Цианобактерий — уникальные организмы, которые способны и к оксигенному фотосинтезу, и к фиксации атмосферного азота. • Процесс осуществляется с помощью фермента нитрогеназы, который чувствителен к кислороду и подавляется им. Некоторые нитчатые цианобактерий «решили проблему» , разделив процессы фотосинтеза и фиксации азота за счет формирования высоко дифференцированных клеток — гетероцист. • Основная функция гетероцист заключается в фиксации атмосферного азота, хотя некоторые сине-зеленые водоросли способны к фиксации азота и без участия гетероцист. Внутри гстероцист создаются условия с малым содержанием кислорода. Этому способствуют толстые клеточные стенки и мощные слизистые чехлы, которые уменьшают диффузию атмосферных газов в клетку. Кислород и азот попадают в гетероцисты из соседних клеток через микроплазмодесмы. • К фиксации азота способны некоторые цианобактерий и без гетероцист. Днем у них происходит фотосинтез, а ночью они фиксируют азот.
• Образование акинет: при наступлении неблагоприятных условий (высушивание, холод, дефицит питательных веществ) сине-зеленые водоросли образуют акинеты— крупные толстостенные покоящиеся споры, заполненные запасным материалом (цианофициновым крахмалом и цианофициновыми гранулами), которые служат для переживания этих неблагоприятных условий. Акинеты в течение нескольких лет могут сохраняться в осадках озер при отсутствии кислорода.
Размножение: • Вегетативное (деление клетки пополам, фрагментами колоний, участками трихом – гормогониями) • Бесполое (эндо- и экзоспоры)
Экология и значение • Обитают в пресных, солоноватых и соленых водоемах (планктон и бентос), в почве, на поверхности скал, в горячих источниках • Образуют симбиоз с губками, простейшими, грибами (лишайники), голосеменными, папоротниками • Продуценты в водных экосистемах (20% фотосинтетической продукции океанов) • Формируют первичные почвы • Секретируют белковые антибиотики (бактериоцины) • Используются для удобрения почв и как пищевые добавки • Вызывают цветение воды, выделяют дерматотоксины, нейротоксины, гепатоксины, цитотоксины. 13
Систематика • Пор. Chroococcales üMicrocystis üGleocapsa üMerismopedia üProchlorococcus • Пор. Oscillatoriales üOscillatoria üSpirulina üLyngbya üTrichodesmium 14
• Nostokales ü ü Nostok Anabaena Rivularia Gleotricnia 15
• Общая характеристика сине-зеленых водорослей: • • • В жизненном цикле полностью отсутствуют жгутиковые стадии. Среди синезеленых водорослей встречаются одноклеточные, колониальные и многоклеточные представители. Клетки имеют прокариотическое строение. Пигменты, участвующие в фотосинтезе, локализованы в тилакоидах, свободно лежащих в цитоплазме (они одиночные и равноудаленные). Окраска клеток от синей до красной и зеленой зависит от комбинации пигментов. Зеленые хлорофиллы маскируются дополнительными синими пиг¬ментами — фикоцианином и аллофикоцианином и красным фикоэритрином. Эти пигменты находятся в полусферических или полудисковидных фикобилисомах, которые в свою очередь расположены рядами на наружной поверхности тилакоидов. Резервный полисахарид — цианофициновый крахмал, близкий к гликогену. Соединения азота запасаются в виде цианофициновых гранул, соединения фосфора — в виде полифосфатных тел. В карбоксисомах (полиэдральные тела) содержится фермент Рубиско. ДНК лежит в центре клетки свободно, она не окружена мембранами. Многие синезеленые водоросли содержат также плазмиды (небольшие кольцевые молекулы ДНК). Структурная часть клеточной стенки состоит из муреина. Снаружи от него располагается слой липополисахаридов. Клетки часто покрыты слизистым чехлом, состоящим из гидратированных полисахаридов. Размножение вегетативное и бесполое. Половое размножение отсутствует, но имеет место генетическая рекомбинация. Синезеленые водоросли встречаются в морских и пресных водах и в наземных местообитаниях.
17
Защищаемые положения: 1. Формирование структуры сообществ фитопланктона мелководий Куйбышевского водохранилища зависят от геоморфологии берегов, проточности и динамики водных масс, степени зарастания высшей водной растительностью, и главным образом, от концентрации биогенных веществ на данном участке водохранилища. 2. Основные различия фитопланктонных сообществ различных типов биотопов мелководий проявляются в структуре доминирования определенных видов водорослей; с ростом уровня трофности происходит повышение показателя доминирования и упрощение структуры фитопланктона. Наиболее выровненные и с высоким видовым разнообразием сообщества формируются в зарослях макрофитов. 3. Уровенный режим в сочетании с климатическими условиями – определяющий фактор развития фитопланктона на мелководьях водохранилища. Динамика уровня воды в вегетационный период опосредованно и напрямую влияет на продуктивность фитопланктона и интенсивность «цветения» воды в Куйбышевском водохранилище. Отрицательные последствия эвтрофирования и «цветения» воды возможно уменьшить поддерживанием стабильного уровня воды не ниже НПУ (53 м) в летний период.
Синезеленые водоросли, вызывающие «цветение» воды в Куйбышевском водохранилище Anabaena sp. Microcystis sp. Aphanizomenon flos-aquae
Скачать презентацию ПРОКАРИОТЫ Отдел сине-зеленые водоросли цианобактерии хлороксибактерии цианофиты
Лекция 4 Синезеленые в-ли..pptx