Каковы наилучшие условия для роста водорослей? - состояние

Почвенные водоросли

Жизнеспособные водоросли находят на глубине до 2 м в целинных почвах и до 2 7 м в пахотных. Почвенные водоросли отличаются изменчивостью способа питания. Поэтому основную массу водорослей, как правило, обнаруживают в самых верхних слоях почвы: при достаточной влажности в слое от 0 до 1 и даже до 0 2 см. С глубиной как численность, так и видовое разнообразие водорослей резко падает. В целинных почвах, не подвергающихся обработке, уже на глубине 10 — 20 см количество водорослей ничтожно. По-видимому, в более глубокие горизонты водоросли заносятся с поверхности путем вмывания, а также почвенными животными и корнями растений. Однако и в полной темноте они могут оставаться живыми, а в ряде случаев даже размножаться. При невозможности фотосинтеза водоросли переходят на питание готовыми органическими веществами. Правда, их гетеротрофный рост в темноте идет значительно медленнее, чем автотрофный рост на свету. Многие водоросли, несмотря на способность к усвоению органических веществ, нуждаются в свете и в почве сохраняются лишь в покоящемся состоянии. Поэтому в глубоких слоях почвы обнаруживается сравнительно небольшое число видов, преимущественно одноклеточные зеленые и желто-зеленые водоросли. Были предположения о существовании специфических способов автотрофного питания в темноте, но пока они ничем не доказаны.

Благодаря перечисленным приспособлениям почвенные водоросли способны существовать даже при крайне неблагоприятных условиях среды. Этим объясняются широкое распространение почвенных и наземных водорослей и быстрота их разрастания даже при кратковременном появлении необходимых факторов. Почвенные водоросли представляют большой общебиологический интерес как организмы необыкновенной выносливости и устойчивости к крайним условиям существования.

Разнообразны приспособления почвенных водорослей к существованию при низкой влажности почвы и к сохранению жизнеспособности при высыхании. В почве жизнь водорослей связана с водными пленками на поверхности почвенных частиц. В связи с этим почвенные водоросли имеют относительно мелкие размеры в сравнении с соответствующими водными формами тех же видов. С уменьшением размеров клеток возрастают их водоудерживающая способность и устойчивость против засухи.

Встречается он обычно одиночными клетками ив небольшом количестве, но иногда может давать и массовое развитие, придавая в этом случае воде или покрываемой им поверхности субстрата нежную желто-зеленую окраску. Размножается ботридиопсис преимущественно автоспорами, реже зооспорами. Щепотки любой почвы, собранной во время экскурсии в лес, на луг, на реку, достаточно для того, чтобы методом культур ( см. очерк Почвенные водоросли) обнаружить этот вид.

Альгомелиорация позволяет интенсифицировать процессы образования почв: водоросли связывают атмосферный азот и тем самым улучшают свойства почвы. Водоросли способствуют биологическому закреплению удобрений в почве. На голых песчаных субстратах водоросли являются пионерами зарастания. Почвенные водоросли ослабляют процессы термоэрозии, увеличивают аэрированность почв, сохраняют их влажность.

Для условий Ямала, месторождений Медвежье и Ямбургское из почвенных проб выделены чистые культуры водорослей. Изучены особенности их размножения в сочетании с местными растениями на торфо-песчаных субстратах, проведены опыты по изучению взаимного влияния альгофлоры и высших растений. Установлено, что почвенные водоросли уменьшают эрозию нарушенных земель тундры.

Наука, изучающая жизнь и свойства водорослей всех видов называется альгологией. Как правило, у подавляющего большинства людей термин водоросли ассоциируется с крупными растениями, имеющими стебель и листья, которые встречаются в водоемах. На самом деле водоросли относятся к низшим растениям, у которых отсутствуют вегетативные органы, причем большинство их имеет строение, которое можно изучать только при использовании микроскопической техники. Большое значение в природе имеют почвенные водоросли.

Факторы развития водорослей

Главные факторы, которые повлияют на развитие водорослей, – это присутствие света, влажности, углерода, минеральных и органических удобрений.

Насколько странным это не было бы, но все о водорослях знать невозможно. Они приспосабливаются к жизни в экстремальных условиях, но как им это удается, не знает никто.

Ошибочно было бы полагать, что в условиях высокой или чересчур низкой температуры жить невозможно. Это вовсе не так. В таких условиях вполне нормально обитают многоклеточные и одноклеточные водоросли. Их не всегда можно увидеть, но они живут и в горячем гейзере, и в леднике.

Поэты пушкинского круга сообщение
Сообщение о пластове и его картине летом
Виды бумаги краткое сообщение
Набатная башня московского кремля сообщение
Гигиенические требования к моющим средствам реферативное сообщение

Замерзание растительных клеток и тканей и происходящие при этом процессы.

Способность растений переносить отрицательные температуры определяется наследственной основой данного вида растений, однако морозоустойчивость одного и того же растения зависит от условий, предшествующих наступлению морозов, влияющих на характер льдообразования. Лед может образовываться как в протопласте клетки, так и в межклеточном пространстве. Не всякое образование льда приводит клетки растения к гибели.

Постепенное снижение температуры со скоростью 0,5—1 °С/ч приводит к образованию кристаллов льда прежде всего в межклеточниках и первоначально не вызывают гибели клеток. Однако последствия этого процесса могут быть губительными для клетки. Образование льда в протопласте клетки, как правило, происходит при быстром понижении температуры. Происходит коагуляция белков протоплазмы, кристаллами образовавшегося в цитозоле льда повреждаются клеточные структуры, клетки погибают. Убитые морозом растения после оттаивания теряют тургор, из их мясистых тканей вытекает вода.

Морозоустойчивые растения обладают приспособлениями, уменьшающими обезвоживание клеток. При понижении температуры у таких растений отмечаются повышение содержания Сахаров и других веществ, защищающих ткани (криопротекторы), это прежде всего гидрофильные белки, моно- и олигосахариды; снижение оводненности клеток; увеличение количества полярных липидов и снижение насыщенности их жирнокислотных остатков; увеличение количества защитных белков.

На степень морозоустойчивости растений большое влияние оказывают сахара, регуляторы роста и другие вещества, образующиеся в клетках. В зимующих растениях в цитоплазме накапливаются сахара, а содержание крахмала снижается. Влияние сахаров на повышение морозоустойчивости растений многосторонне. Накопление Сахаров предохраняет от замерзания большой объем внутриклеточной воды, заметно уменьшает количество образующегося льда.

Свойство морозоустойчивости формируется в процессе онтогенеза растения под влиянием определенных условий среды в соответствии с генотипом растения, связано с резким снижением темпов роста, переходом растения в состояние покоя.

Жизненный цикл развития озимых, двулетних и многолетних растений контролируется сезонным ритмом светового и температурного периодов. В отличие от яровых однолетних растений они начинают готовиться к перенесению неблагоприятных зимних условий с момента остановки роста и затем в течение осени во время наступления пониженных температур.

Водоросли в прошлом

Вполне вероятно, что некоторые формы водорослей существовали уже в древнейшие геологические эпохи. Многие из них, судя по современным видам, не могли из-за особенностей своего строения (отсутствия твердых частей) оставить окаменелостей, поэтому сказать, какими точно они были, невозможно. Ископаемые формы основных нынешних групп водорослей, кроме диатомовых и нескольких других, известны с палеозоя (570-245 млн. лет назад). Наиболее обильными в ту эпоху, вероятно, были зеленые, бурые, красные и харовые водоросли, обитавшие в морях и океанах. Косвенное свидетельство раннего появления на нашей планете водорослей — научно доказанное существование в палеозое множества морских животных, которые должны были питаться органикой. Первичным ее источником для них скорее всего служили фотосинтезирующие водоросли, потребляющие только минеральные вещества.

Ископаемые диатомовые водоросли

Ископаемые диатомовые водоросли (диатомеи) в виде особой горной породы — т.н. диатомита — обнаружены во многих регионах. Диатомит бывает как морского, так и пресноводного происхождения. В Калифорнии, например, находится его залежь площадью примерно 30 км2 и мощностью почти 400 м. Она состоит почти исключительно из панцирей диатомей. В 1 см3 диатомита их насчитывается до 650 тысяч.

Эволюция водорослей

Многие группы водорослей, похоже, мало изменились со времени своего возникновения. Впрочем, определенные их виды, некогда весьма обильные, сейчас вымерли. Крупных колебаний в видовом разнообразии и общей численности водорослей на протяжении истории Земли, насколько известно, не было. Водные местообитания за многие миллионы лет менялись слабо, и современные формы водорослей существуют, безусловно, уже очень долго. Маловероятно, что какая-либо крупная группа водорослей появилась позже палеозоя или раннего мезозоя (240 млн. лет назад).

Экономические аспекты

Причиняемый вред

Некоторые водоросли наносят экономический ущерб или по крайней мере доставляют большие неприятности. Они загрязняют источники воды, часто придавая ей неприятный вкус и запах. Некоторые массово размножившиеся виды вполне можно идентифицировать по специфическому для них «аромату». К счастью, теперь существуют т.н. альгициды — вещества, эффективно убивающие водоросли и при этом не ухудшающие качества питьевой воды. Для борьбы с водорослями в рыбоводных прудах используют и такие меры, как повышение «проточности» системы, ее затенение и взмучивание. Раки, например, поддерживают мутность воды, достаточную для того, чтобы сильно замедлить рост водорослей. Некоторые водоросли, особенно в периоды своего «цветения», портят места, отведенные для купания. Многие морские макрофиты во время штормов отрываются от субстрата и выбрасываются волнами и ветром на пляж, буквально заваливая его своей гниющей массой. В их плотных скоплениях могут запутываться мальки рыб. Несколько видов водорослей, попадая в организм животных, вызывают отравления, иногда смертельные. Другие оказываются сущим бедствием в теплицах или повреждают листья растений.

Полезность водорослей

У водорослей множество полезных свойств.

Пища для водных животных. Водоросли можно считать первичным источником пищи для всех водных животных. Благодаря присутствию хлорофилла они синтезируют из неорганических веществ органические. Рыбы и другие водные животные потребляют эту органику непосредственно (поедая водоросли) или косвенно (поедая других животных), поэтому водоросли можно считать первым звеном почти всех пищевых цепей в водоемах.

Пища для человека. Во многих странах, особенно на Востоке, люди используют в пищу несколько видов крупных водорослей. Питательная ценность их невелика, однако содержание витаминов и минеральных веществ в такой «зелени» может быть довольно высоким.

Источник агара. Из некоторых моских водорослей получают агар — студенистое вещество, используемое для приготовления желе, мороженого, крема для бритья, салатов, эмульсий, слабительных средств, а также для выращивания микроорганизмов в лабораториях.

Диатомит. Диатомит применяется в составе абразивных порошков и фильтров, а также служит теплоизоляционным материалом, заменяющим асбест.

Удобрение. Водоросли — ценное удобрение, и морские макрофиты с давних времен используются для подкормки растений. Почвенные водоросли могут во многом определять плодородие участка, а развитие на голых камнях лишайников считается первой стадией почвообразовательного процесса.

Водорослевые культуры. Биологи уже давно выращивают водоросли в лабораториях. Сначала их выращивали в маленьких прозрачных чашках с прудовой водой на солнечном свету, а в последнее время применяют для этого особые культуральные среды с определенным количеством минеральных солей и специальных ростовых веществ, а также регулируемые источники искусственного света. Обнаружено, что для оптимального развития некоторых водорослей необходимы весьма специфические условия. Изучение таких лабораторных культур необыкновенно расширило наши знания о росте, питании и размножении этих организмов, а также об их химическом составе. Сейчас в разных странах уже построены опытные установки, представляющие собой своего рода огромные аквариумы. На них в строго контролируемых условиях с использованием сложной аппаратуры проводятся эксперименты для выяснения перспектив использования водорослевых культур. В результате доказано, что продукция сухого вещества водорослей на единицу площади может быть гораздо выше, чем у нынешних сельскохозяйственных растений. Некоторые из использованных видов, например одноклеточная зеленая водоросль хлорелла (Chlorella), дают «урожай», содержащий до 50% пригодного в пищу белка. Не исключено, что будущие поколения людей, особенно в густонаселенных странах, станут использовать искусственно выращенные водоросли.

Водоросли, живущие в необычных условиях

Описывая водоросли, живущие в необычных условиях, нельзя не отметить мосс-шары. Их можно повстречать в японском озере Мивант, в исландском вулканическом озере Акан, в Черном и Тасмановом море. Они имеют шаровидную форму и ярко-зеленый окрас, а в диаметре такие водоросли примерно 12-30 см. Иногда их размер еще меньше, и все это из-за влияния температурного режима на растение.
Каулерпа считается одноклеточным организмом, но по ее внешним данным так и не скажешь. Она имеет внушительный размер, корневую систему, стебли и листья. Объяснением этому считается несоответствие того, что клетка у водоросли одна, а ядер несколько. Еще каулерпу называют растением-захватчиком, потому что данное растение быстрыми темпами занимает воду, заселяя пространство и мешая росту и развитию остальной растительности.
Макроцистис относят к роду бурых водорослей, что отличаются огромными размерами. Местом произрастания этих водорослей считается Южное полушарие. В толще воды стебель водоросли приподнимается вверх, а у поверхности расстилается вдоль направления морского течения. Держаться на плаву этому растению помогают пузырьки воздуха на основании листьев. Обширные заросли макроцистиса поблизости морского побережья могут гасить сильные волны, потому что оторвать водоросль такого типа нереально и выращивают их искусственным способом.
Красные водоросли или багрянка – это первая большая коллекция водорослей, которая существует на Земле уже примерно 1 миллиард лет. Отличительная особенность таких необычных водорослей – это их умение применять для фотосинтеза лучи синего и зеленого оттенка, что попадают на большие глубины. Обуславливается данное свойство присутствием в растении вещества фикоэритина.

Водоросли среди снегов и льда

На леднике, снежнике и во льдах иногда можно повстречать необычные криофильные водоросли, которые приспосабливаются к жизни даже при условии низкой температуры. При расположении водорослей на поверхности льда и снега, зимой они подвержены сильному переохлаждению, а летом они живут и размножаются в воде с температурой 0 градусов.
Самые снежные водоросли много времени проводят в состоянии покоя. Весной при ослабевании морозов, они интенсивнее размножаются. Снежные водоросли развиваются обычно на старом снегу, оставаясь лежать в снежных полях высоко в горах или в замерзающих ущельях.
Снежные водоросли можно встретить в высокогорных зонах на склоне гор.
Сейчас такой тип водорослей насчитывает около 100 разновидностей. Среди них самыми распространенными считаются диатомовые, зеленые и сине-зеленые водоросли. Большими популяциями представлены и желто-зеленые, и золотистые, и динофитовые растения такого типа.

Цветение ледников

Водоросли в соленых водоемах

В водоемах, в которых соли до 285 граммов на литр, из зеленых водорослей выделяют дюналиеллу. Тело этой растительности имеет грушевидную или яйцевидную форму. Также оно заострено спереди, в местах расположения двух жгутов. Отделяемой от протопласта оболочки у такой водоросли нет, но присутствует наружная уплотненная пленка. Содержимое клетки дюналиеллы подобно хламидомонаде.
Из сине-зеленых водорослей многих интересует хлороглея сарциноидная, которая в большей мере развивается в озерах с огромной концентрацией соли. Это касается и Мойнакского озера возле Евпатории.
Особенность водоросли, которая живет в соленом водоеме, заключается в том, что таких условиях возникают порой неожиданные биохимические процессы. Так, к примеру, возникает лечебная грязь.

Аэрофильные водоросли – это редкие водоросли, которые живут в необычных условиях и контактируют непосредственно с воздухом. Типичное место для их обитания — это поверхность камней, скал и коры дерева.
В мире по степени увлажненности такие водоросли делятся на две группы: воздушные и водо-воздушные. Жизнь водорослей достаточно своеобразна и характеризуется частой и резкой сменой температурного режима и влажности. Днем аэрофильные водоросли сильно прогреваются, а ночью их температура идет на спад.
Даже несмотря на то, что видовой состав водоросли сильно меняется, такая растительность смогла приспособиться к условиям жизни. Самые огромные группы водорослей такого типа моно наблюдать на поверхностях мокрых скал.

Интересные научные факты

Недавние исследования на Камчатке привели биологов к довольно неожиданным результатам. Перед исследователями стояла цель: обследовать горячие источники на предмет содержания в них ртути. Предполагалось изначально, что вода из данных источников непригодна для питья.

В ходе исследований оказалось, что только один гейзер опасен. Однако выяснились и другие довольно интересные факты. Биологи с уверенностью заявляют об обнаружении в горячей воде темно-зеленых нитчатых водорослей. Казалось бы, ну что тут удивительного. Давно известен факт их проживания при высоких температурах. Но температура воды исследуемых гейзеров доходила до 98 градусов. Хотя ранее предполагалась граничная температура их обитания в районе восьмидесяти семи градусов.

Выпревание, вымокание, гибель под ледяной коркой, выпирание, повреждение от зимней засухи.

Выпревание. Среди перечисленных невзгод первое место занимает выпревание растений. Гибель растений от выпревания наблюдается преимущественно в теплые зимы с большим снеговым покровом, который лежит 2—3 месяца, особенно если снег выпадает на мокрую и талую землю. Исследования показали, что причина гибели озимых от выпревания — истощение растений. Находясь под снегом при температуре около О °С в сильно увлажненной среде, почти полной темноте, т. е. в условиях, при которых процесс дыхания идет достаточно интенсивно, а фотосинтез исключен, растения постепенно расходуют сахара и другие запасы питательных веществ, накопленные в период прохождения первой фазы закаливания, и погибают от истощения (содержание Сахаров в тканях уменьшается с 20 до 2—4 %) и весенних заморозков. Такие растения весной легко повреждаются снежной плесенью, что также приводит к их гибели.

Вымокание. Вымокание проявляется преимущественно весной в пониженных местах в период таяния снега, реже во время длительных оттепелей, когда на поверхности почвы накапливается талая вода, которая не впитывается в замершую почву и может затопить растения. В этом случае причиной гибели растений служит резкий недостаток кислорода (анаэробные условия — гипоксия). У растений, оказавшихся под слоем воды, нормальное дыхание прекращается из-за недостатка кислорода в воде и почве. Отсутствие кислорода усиливает анаэробное дыхание растений, в результате чего могут образоваться токсичные вещества и растения погибают от истощения и прямого отравления организма.

Гибель под ледяной коркой. Ледяная корка образуется на полях в районах, где частые оттепели сменяются сильными морозами. Действие вымокания в этом случае может усугубляться. При этом происходит образование висячих или притертых (контактных) ледяных корок. Менее опасны висячие корки, так как они образуются сверху почвы и практически не соприкасаются с растениями; их легко разрушить катком.

При образовании же сплошной ледяной контактной корки растения полностью вмерзают в лед, что ведет к их гибели, так как и без того ослабленные от вымокания растения подвергаются очень сильному механическому давлению.

Зимостойкость как устойчивость к комплексу неблагоприятных факторов перезимовки.

Непосредственное действие мороза на клетки — не единственная опасность, угрожающая многолетним травянистым и древесным культурам, озимым растениям в течение зимы. Помимо прямого действия мороза растения подвергаются еще ряду неблагоприятных факторов. В течение зимы температура может существенно колебаться. Морозы нередко сменяются кратковременными и длительными оттепелями. В зимнее время нередки снежные бури, а в бесснежные зимы в более южных районах страны — и суховеи. Все это истощает растения, которые после перезимовки выходят сильно ослабленными и в последующем могут погибнуть.

Особенно многочисленные неблагоприятные воздействия испытывают травянистые многолетние и однолетние растения. На территории России в неблагоприятные годы гибель посевов озимых зерновых достигает 30—60 %. Погибают не только озимые хлеба, но и многолетние травы, плодовые и ягодные многолетние насаждения. Кроме низких температур озимые растения повреждается и гибнут от ряда других неблагоприятных факторов в зимнее время и ранней весной: выпревания, вымокания, ледяной корки, выпирания, повреждения от зимней засухи.

Разнообразный мир водорослей

Если прочесть факты о водорослях, то становится ясно, что они живут без корней и прикрепляются ко дну собственными стеблями.
Условно водоросли делятся на 2 разновидности: планктонные и глубинные. Планктонные становятся едой для большинства морских обитателей, а глубинные обычно в океанах образовывают целые подводные леса.
Никакие земные организмы не имеют такой жизнеспособности и умения приспособиться к условиям климата и температурному режиму, как водоросли. Их можно повстречать не только в море и океане, но и в Антарктиде на ледниках, и на горячих гейзерах Камчатки.
В термальных источниках Дальнего Востока удалось обнаружить 2 типа водорослей, которые себя замечательно чувствуют и размножаются при температуре 75-80 °С.
Некоторые виды водорослей проявляют необычные люминесцентные свойства при цветении, в результате чего на воде воссоздается иллюзия подсветки. Полюбоваться на такое чудо природы удастся около берегов на юге Калифорнии, где по нескольку раз в год волны становятся неоново-голубыми именно из-за водорослей.
Есть самые необычные водоросли, и к их списку относят ламинарию. Длина данной растительности может достигать 60 метров. Добыть такое чудо природы можно в Японском и Охотском море, а также в воде Северного-Ледовитого океана. При наличии глубины 4-6 метров ламинария образовывает джунгли под водой.
Какой бы удивительный мир водорослей не был, но эта растительность бывает ядовита для рыб и подводных обитателей. Чтобы водоросль никто не попробовал на вкус, она вырабатывает яд, которые и защищает ее, отравляя таким образом морских животных.