Западно-Казахстанский университет им. М. Утемисова
Кафедра «биологии и экологии»
РЕФЕРАТ
Тема: «Сине-зеленые, диатомные и зеленые водоросли».
Выполнила: магистрантка 1 курса
естественно-географического факультета
специальности 7М01509, группы МБ-12
Сержанова Альфия
Проверила: Кожагалиева Р.Ж. – доктор философии (PhD)
Уральск, 2023 г.
Содержание:
1. Сине-зеленые водоросли
1.1. Anabaena circinalis
2. Диатомные водоросли
2.1. Phaeodactylum tricornutum
3. Зеленые водоросли
3.1. Chlamydomonas nivalis
Список литературы
1. Сине-зеленые водоросли
Anabaena circinalis — это вид грамотрицательных фотосинтезирующих
цианобактерий, распространенных в пресноводных средах по всему
миру. Большой научный интерес к A. circinalis связан с его производством
нескольких потенциально вредных цианотоксинов, действие которых
варьируется от раздражающего до смертельного. При благоприятных условиях
для роста A. circinalis образует крупные цветки, похожие на водоросли, что
может нанести вред флоре и фауне района.
Морфология
Anabaena circinalis обладает нитевидной морфологией, каждая нить
представляет собой цепочку специфичных для конкретной задачи
клеток. Появление дифференцировки клеток стало большим эволюционным
скачком; цианобактерии стали одними из первых многоклеточных организмов
на Земле. На нити A. circinalis наиболее многочисленными структурами
являются вегетативные
клетки,
ответственные
за фотосинтез высокоэнергетических сахаров из углерода окружающей среды,
воды и солнечного света. Энергия фотосинтеза используется, в частности, для
биосинтеза клеточных материалов из азотистых соединений. В периоды, когда
комбинированный азот (например, аммиак или нитрат) недоступен,
A.
circinalis образуют
гетероцисты,
более
крупные,
круглые, азотфиксирующие клетки, встречающиеся примерно через каждые
десять-двадцать клеток на нити. Гетероцисты функционируют для
преобразования азота окружающей среды (N2) в соединения, такие как аммиак
или нитрат. Нитрогеназа, чувствительный к кислороду фермент, необходим
для этого превращения. Для правильного функционирования нитрогеназы
внутриклеточная среда гетероцисты должна быть анаэробной, что достигается
благодаря непроницаемой для кислорода структуре стенки гетероцисты. Хотя
вегетативные клетки и гетероцисты функционируют независимо друг от друга,
они необходимы для выживания организма; вегетативные клетки
обеспечивают организм богатыми энергией сахарами, в то время как
гетероцисты фиксируют азот для производства аминокислот и клеточного
биосинтеза. Также
вдоль
нитей
встречаются
газовые
вакуоли,
специализированные отделения, которые надуваются или сдуваются воздухом
для обеспечения движения вверх или вниз. Эта адаптация позиционирует A.
circinalis на благоприятной глубине, определяемой доступным солнечным
светом, температурой воды или концентрацией O2. При оптимальных
условиях окружающей среды Anabaena circinalis растет беспрепятственно,
образуя крупные соцветия, которые выглядят как зеленоватая слизь на
поверхности воды (рис. 2). В суровых условиях A. circinalis образуют
спороподобные клетки, называемые акинетами. Акинеты устойчивы к низкой
температуре, высыханию и темноте. Часто акинеты зимуют в отложениях до
тех пор, пока условия окружающей среды не позволят прорасти и возобновить
рост.
Нейротоксины
Североамериканские
и
европейские
штаммы Anabaena
circinalis продуцируют анатоксин-а, один из первых идентифицированных
цианобактериальных нейротоксинов. В конце 1950-х годов начались
серьезные исследования после нескольких случаев гибели крупного рогатого
скота, вызванных загрязнением питьевой воды. Отчасти из-за относительно
короткого времени от приема до смерти токсин получил зловещее название
"Фактор очень быстрой смерти" (VFDF). Анатоксин-а действует как
постсинаптический никотиновый агонист, связываясь с ацетилхолиновыми
рецепторами в нервно-мышечных соединениях. Однако, в отличие от
ацетилхолина, анатоксин-а не разлагается холинэстеразой, что приводит к
постоянному сокращению мышц. Это нарушение проявляется в виде потери
координации, паралича, мышечных подергиваний, одышки и, возможно,
смерти. Помимо биологической токсичности, цветение Anabaena circinalis
может привести к разрушению районов коммерческого рыболовства,
водоочистных сооружений и рекреационных водных путей. Добавьте к этому
высокую стоимость мониторинга токсичности, и становится очевидным, что
Anabaena circinalis
также может
иметь
пагубные
экономические
последствия. Известно, что в некоторых пресноводных средах Австралии
A. circinalis
продуцирует паралитические
токсины
моллюсков (PST), нейротоксин, также обнаруженный у некоторых морских
динофлагеллят. Тяжелая интоксикация PST может привести к потенциально
смертельному заболеванию, известному как паралитическое отравление
моллюсками (PSP). PST
относятся
к
классу
ядов,
известных
как сакситоксины, которые являются одними из самых токсичных веществ
природного происхождения. Отравление сакситоксином начинается с
закупорки натриевых и калиевых каналов, что быстро приводит к снижению
нейронных потенциалов действия, вялому параличу, остановке дыхания и, в
конечном итоге, смерти.
2. Диатомные водоросли
Phaeodactylum tricornutum - диатомовое растение. Это единственный вид в
роде Phaeodactylum. В отличие от других диатомовых водорослей, P.
tricornutum может существовать в разных морфотипах (веретенообразный,
трехлучевой и овальный), и изменения формы клеток могут быть вызваны
условиями окружающей среды. Эта особенность может быть использована для
изучения молекулярных основ контроля формы клеток и морфогенеза. В
отличие от большинства диатомовых водорослей, P. tricornutum может расти в
отсутствие кремния и может выжить, не образуя окремненных утолщений. Это
открывает
возможности
для
экспериментального
исследования
нанопроизводства на основе кремния в диатомовых водорослях.
Еще одна особенность заключается в том, что во время бесполого размножения
утолщения, по-видимому, не становятся меньше. Это позволяет осуществлять
непрерывное
культивирование
без
необходимости
полового
размножения. Неизвестно, может ли P. tricornutum размножаться половым
путем. На сегодняшний день не было найдено никаких существенных
доказательств в поддержку полового размножения в лабораторных или других
условиях. Хотя P.
tricornutum можно
считать
нетипичным пеннатным
диатомовым, это один из основных модельных видов диатомовых
водорослей. Был разработан протокол трансформации и доступны векторы
RNAi. Это значительно упрощает молекулярно-генетические исследования.
Рис 2. Оригинальные рисунки P. tricornutum работы Болина
Phaeodactylum tricornutum был впервые описан в трехлучевом морфотипе
Болином в 1897 году. Записи о первых культурах P. tricornutum были
опубликованы Алленом и Нельсоном в 1910 году, хотя он был ошибочно
идентифицирован как Nitzschia colsterium, W. Sm., forma miuntissima. Позже
изолят был исправлен как P. tricorntum J.C. Lewin в 1958 году. Этот штамм
среди других более поздних изолятов до сих пор сохраняется в коллекциях
культур по всему миру.
Секвенирование генома
Phaeodactylum tricornutum - одно из трех диатомовых водорослей,
чей геном был
секвенирован
(другими
являются Thalassiosira
pseudonana и Fragilariopsis cylindrus). Геном содержит приблизительно 10%
прокариотоподобных генов, что является необычно большой долей. Более
30000 экспрессируемых последовательностей (ESTS) были организованы
в базе данных Diatom EST.
Phaeodactylum
tricornutum появился
в
качестве
потенциального
микроводорослевого источника энергии. Он быстро растет, и липиды для
хранения составляют около 20-30% от его сухого веса клеток в стандартных
условиях культивирования. Ограничение азота может вызвать накопление
нейтральных липидов в P. tricornutum, что указывает на возможные стратегии
улучшения производства биодизеля из микроводорослей.
3. Зеленые водоросли
Хламидомонада
снежная (лат. Chlamydomonas
nivalis) —
вид
одноклеточных зелёных
водорослей из
порядка Chlamydomonadales.
Благодаря способности существовать при низких температурах и наличию
красного пигмента астаксантина, вызывают явление «красного снега».
Сезонный жизненный цикл C. nivalis можно разбить на три стадии в
зависимости от цвета клетки в результате каротиноидного состава: зеленый,
оранжевый и красный. Оранжевые клетки и эритроциты труднее всего
дифференцировать, поскольку они выглядят одинаково, в то время как красные
и зеленые клетки легче всего дифференцировать, поскольку они имеют более
значительные различия в составе. Клетки на красной стадии ранее
описывались как отдельный вид, чем зеленые клетки, но позже было
обнаружено, что это разные стадии сложного жизненного цикла C. nivalis.
Маленький зеленый цвет подвижные клетки молодых C. nivalis на зеленой
стадии образуются весной или в начале лета, когда температура более высокая
и зиготы подвергаются мейозу в
бассейнах
с
талой
водой. бифлагеллированные клетки имеют слегка овальную форму и около 515 мкм в диаметре. В этой фазе бесполого размножения клетки чувствительны
к температуре и стрессу засухи. Они избегают неблагоприятного света и
температуры, плавая в снегу, пока не достигнут более оптимальных
условий. Хлоропласты зеленых клеток имеют неправильную форму.
Доминирующий пигмент, хлорофилл, придает клетке характерный оттенок и
способствует максимальному росту клеток за счет поглощения света.
Концентрация вторичных каротиноидов на этом этапе намного ниже, так как
клетки нуждаются в фотосинтетически активном излучении для энергии и
роста. Клетки в зеленой стадии также имеют меньше органических и
неорганических частиц на своей поверхности по сравнению со зрелыми
цистами.
Позднее в сезон, когда азот и питательные вещества становятся
ограниченными, а радиационный стресс увеличивается, зеленый клетки
разовьются в жгутиковые половые гаметы, которые спариваются и производят
новые зиготы, утратившие жгутики и способные пережить зимний период.
Преобразование в зиготу или характеризуется производством и накоплением
резервных материалов, которые включают сахара и липиды, а также
образованием этерифицированных вторичных каротиноидов. Вторичные
каротиноиды превратят зеленые зиготы в оранжевый цвет, поскольку они
накапливаются в области вокруг клетки, чтобы защитить себя от УФизлучения. Оранжевые и красные споры можно увидеть в течение всего лета.
На этом этапе клеточная стенка также начинает утолщаться, чтобы помочь
клетке выдерживать отрицательные температуры и ультрафиолетовый свет.
Кроме того, цвет этих пигментов снижает альбедо, так что отдельные клетки
могут растапливать близлежащие кристаллы льда и снега, чтобы получить
доступ к ограниченным питательным веществам и воде в недоступном
замороженном состоянии.
Накопление розоватого пигмента происходит не просто так, а под влиянием
внешних условий. Цветение начинается, когда воздух теплеет. В нормальном
состоянии в снежном покрове растение находится в спящем состоянии, но
когда солнце начинает пригревать, верхний слой оттаивает, и создаются
оптимальные условия для размножения. Но длится это совсем недолго, ведь
хламидомонада снежная при температуре 4 градуса по Цельсию уже погибает.
Оказавшись в правильное время в нужном месте, путешественник может
наблюдать за активной жизнедеятельностью крошечных водорослей. Пигмент
накапливается достаточно быстро. Изучая это явление, ученые брали пробы
снега, а затем изучали его под микроскопом, нагревая до температуры таяния.
Отмечено, что в воде с высокой скоростью начинают двигаться красноватые
частицы. Каждая из них – это и есть отдельное растение.
Список литературы:
Белякова Г. А., Дьяков Ю. Т., Тарасов К. Л. Ботаника: в 4 т. Т. 2. Водоросли и
грибы. — М.: Издательский центр «Академия», 2006. — 320 с.
Голлербах М. М. Водоросли снега и льда // Жизнь растений / под ред. М. М.
Голлербаха. — Москва: Просвещение, 1977. — Т. 3. — С. 68—70. — 487 с.
Электронные ресурсы:
https://ru.wikibrief.org/wiki/Anabaena_circinalis
https://en.wikipedia.org/wiki/Phaeodactylum_tricornutum
https://fb.ru/article/307990/hlamidomonada-snejnaya-osobennosti-stroeniyamesto-obitaniya
https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/159379