Підручник з Біології і екології. 10 клас. Соболь - Нова програма

Одні рослини люблять сонце, інші — тінь, але жодна не любить темряви.

М. Глазков

§ 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?

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

РЕЗУЛЬТАТ

Оцінка

Завдання для самоконтролю

1—6

1. Хто такі рослини? 2. Назвіть основні групи рослин. 3. Хто такі водорості? 4. Назвіть групи водоростей, що належать до рослин. 5. Наведіть приклади глаукофітових і червоних водоростей. 6. Наведіть приклади зелених і харових водоростей.

7—9

7. Які особливості рослин відрізняють їх від інших фотоавтотрофів? 8. Назвіть особливості водоростей. 9. Які водорості належать до групи Рослини?

10—12

10. Яке значення для рослин має наявність різних фотосинтезуючих пігментів?