Цианобактерии. Лекция 2

1.

У водорослей в качестве таксономических признаков
для классификации на отделы используются:
1. Тип организации таллома.
2. Набор пигментов.
3. Продукты запаса.
4. Особенности строения хлоропластов (число оболочек,
расположение тилакоидов, фибриллы ДНК, формы
пиреноидов, место образования и отложения зерен запасных
полисахаридров).
5. Строение жгутикового аппарата.
6. Особенности размножения.
7. Особенности цикла развития
8. Особенности митоза.
9. Молекулярно-генетические данные.

2.

На основании этих таксономических признаков в
современной систематике выделяют следующие
отделы водорослей:
1. Отдел синезеленые водоросли (цианеи), или
цианобактерии (Cyanophyta)
2. Отдел красные водоросли (Rhodophyta)
3. Отдел зеленые водоросли (Chlorophyta)
4. Отдел охрофиты (Ochrophyta)
5. Отдел гаптофиты (Haptophyta)
6. Отдел динофиты (Dinophyta)
7. Отдел криптофиты (Cryptophyta)
8. Отдел эвгленовые водоросли (Euglenophyta)

3.

Альгофлора Якутии включает
2476 видов водорослей из
508 родов,
160 семейств,
55 порядков,
22 классов и
12 отделов.
По числу видов преобладают отдел зеленые
(Chlorophyta) — 33,8 % и класс диатомовые — 23,2 %,
отдел синезеленые (Cyanophyta) - 14,2 %, классы
золотистые — 9,9 и желтозеленые — 8,8, отдел
эвгленовые (Euglenophyta) — 5,7 %. Менее
разнообразны отделы динофитовые — 3,1 %,
криптофитовые — 0,6, красные — 0,3, классы
рафидофитовые — 0,2, бурые и харовые — по 0,1 %.

4. Прокариоты - Procaryota Отдел СИНЕЗЕЛЕНЫЕ ВОДОРОСЛИ (Cyanophyta)

(от греческих «kyanos» – синий, «phyton» - растение)
Составитель: В.Е. Кардашевская, доцент кафедры ботаники

5.

У водорослей в качестве таксономических признаков
для классификации на отделы используются:
1. Тип организации таллома.
2. Набор пигментов.
3. Продукты запаса.
4. Особенности строения хлоропластов (число оболочек,
расположение тилакоидов, фибриллы ДНК, формы
пиреноидов, место образования и отложения зерен запасных
полисахаридров).
5. Строение жгутикового аппарата.
6. Особенности размножения.
7. Особенности цикла развития
8. Особенности митоза.
9. Молекулярно-генетические данные.

6.

Общая характеристика
- Одноклеточные, колониальные и многоклеточные представители с коккоидным, нитчатым,
разнонитчатым и примитивным паренхиматозным типами дифференциации таллома.
- Клетки имеют прокариотическое строение т.е. без четко оформленного ядра. ДНК лежит в
центре клетки свободно, она не окружена мембранами.
- В жизненном цикле полностью отсутствуют жгутиковые стадии.
- Пигменты, участвующие в фотосинтезе, локализованы в тилакоидах, которые лежат
свободно в цитоплазме (они одиночные и равноудаленные) или собраны в граны (только у
прохлорофит):
а) тилакоиды содержат только хлорофилл а.
б) на поверхности тилакоидов расположены фикобилисомы, в которых находятся
фикобилиновые пигменты (фикоцианин, аллофикоцианин – синие пигменты и красный
фикоэритрин).
- Запасные продукты: резервный полисахарид – цианофициновый крахмал, близкий к
гликогену; соединения азота запасаются в виде цианофициновых гранул (состоят из
аргинина и аспарагина); соединения фосфора в виде полифосфатных тел; фермент
РуБисКО ( содержится в карбоксисомах).
- Клеточная стенка состоит из муреина. Муреин расположен между двумя мембранами.
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.

7.

1. ТИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ ТАЛЛОМА ЦИАНЕЙ
Одноклеточные
Коккоидный
Колониальные
Многоклеточные
Нитчатый
Микроскопические организмы, колонии до 10 см.

8.

ФОРМЫ ТАЛЛОМА
у нитчатых синезеленых водорослей
Гомоцитные талломы
Все клетки нити одинаковы
Гетероцитные талломы
Нити состоят из
а) вегетативных клеток;
б) специализированных
клеток
Гетероцисты
споры
(акинеты)

9.

Типы клеток у нитчатых синезеленых водорослей
3. Спора
(акинета)
1. Вегетативные
клетки
2. Гетероциста

10.

ХАРАКТЕРНЫЕ ПРИЗНАКИ ОТДЕЛА Cyanophyta
№
Признаки
1
Возраст,
численность
распространение
2
Цитология
(строение
клетки)
3
Клеточные
покровы
4
Пигментный
состав
5
Хлоропласты
6
Запасной
продукт
Характеристика
Из архейских отложений с возрастом 3-3,5 млрд. лет.
150 родов, около 2000 видов.
Пресноводные, наземные, реже морские.
1. Нет четко оформленного ядро и ограниченных
мембранами органоидов (хлоропластов, митохондрий,
ЭПС, вакуоли с клеточным соком), за исключением
рибосом. 2. Имеются газовые вакуоли.
1. Клеточная стенка: четырехслойная, основной слой из
муреина, придающий клетке прочность.
2. Клетки всегда одеты чехлом из слизи.
1. Хлорофилл а (зеленый);
2. Каротиноиды (каротины и ксантофиллы – желтые,
оранжевые);
3. Фикобилины - синие фикоцианин и аллофикоцианин,
красный фикоэритрин.
Хлоропластов нет, имеются изолированные одиночные
тилакоиды
Гликогеноподобное вещество, волютин, цианофициновые зерна

11.

ЦИТОЛОГИЯ
А
А. Схема строения клетки:
1 – хроматоплазма;
2 – центроплазма;
3 – цитоплазматическая
мембрана;
4 – клеточная стенка.
Б
Б. Схема строения вегетативной клетки Cyanophyta: 1 – клеточная стенка, 2 –
цитоплазматическая мембрана, 3 – тилакоиды, 4 – нуклеоплазма с нитями ДНК,
5 – цианофициновые зерна, 6 – включения, 7 – рибосомы, 8 – слизистый чехол.

12.

ЧАСТИ ЦИТОПЛАЗМЫ КЛЕТКИ
Хроматоплазма –
периферическая темная
(окрашенная) часть.
В ней находятся:
- тилакоиды с
пигментами,
- запасные продукты,
- газовые вакуоли.
Центроплазма –
центральная
бесцветная
В ней находится
нуклеотид
(нуклеоплазма) –
генетический аппарат
клетки в виде фибрилл
(нитей) ДНК.
Нуклеотид не отделен
от цитоплазмы ядерной
оболочкой

13.

Схема строения гетероцисты:
Схема строения споры (акинеты):
ЦМ — цитоплазматическая мембрана, 1 - 4 — слои клеточной стенки, 2 – слой из муреина, 5 – три слоя
стенки гетероцисты, П — пора гетероцисты, С—септа гетероцисты, М - мембраны гетероцисты, нДНК –
рассеянные нити ДНК, Р — рибосомы, В.кл. - вегетативная клетка, Гц - гетероциста, ОС - обвертка
споры, Т — тилакоиды, Ф — фикобилисомы, Ц — цитоплазма, НП — нуклеоплазма с нитями ДНК,
Г — гликоген, ЦЗ — цианофициновые зерна, В — волютин

14.

РАЗМНОЖЕНИЕ
- Вегетативное:
а) у одноклеточных
- делением клеток пополам;
б) у нитчатых фрагментацией - распадом нитей на отдельные участки
(гормогониями).
- Бесполое размножение спорами:
а) акинетами - покоящимися спорами (из вегетативных клеток);
б) эндоспорами;
в) экзоспорами.
- Половое
отсутствует
Эндоспоры
Экзоспоры
Экзоспоры

15.

Гетероцисты – это особые крупные, с толстой оболочкой, гомогенные
(т.е. без пигментов, газовых вакуолей и зерен запасных веществ) клетки.
Гормогонии – фрагменты (участки) нити, способные к прорастанию в
новые особи; служат для вегетативного размножения. Распад нити на
гормогонии происходит по гетероцистам.
гетероцисты
гормогоний
акинета
акинета

16.

Деление и разъединение клеток синезеленых водорослей.
А - деление клетки перегородками - образование септы (поперечной перегородки);
Б - интерцеллюларное разъединение клеток – деление перетяжками, т.е. за счет
врастание клеточной стенки (перетяжки) вглубь клетки;
В - трансцеллюларное разъединение клеток – это разрыв вдоль цепочек пор в
клеточной стенке «жертвенной» клетки.
ЦМ — цитоплазматическая мембрана; М - муреиновый слой клеточной стенки, С—
септа, СЛ — срединная ламелла, СП—соединительные поры.

17.

7
Жгутики
8
Размножение
9
Жизненный
цикл
10
Экология
Отсутствуют, т.е. подвижных жгутиковых стадий в
жизненном цикле нет.
- Половой процесс отсутствует.
- Бесполое размножение акинетами (неподвижными
покоящимися спорами, образующимися целиком из
вегетативных клеток, экзоспорами и эндоспорами.
- Вегетативное:
а) у одноклеточных - делением клеток пополам,
б) у нитчатых фрагментацией - распадом нитей на
отдельные участки (гормогонии). Митоз отсутствует.
Смена поколений отсутствует. Бесполый.
Пресноводные, планктонные, почвенные, в горячих
источниках с температурой воды до 80 °С, на снегу - в
полярных областях и в горах; в известковом субстрате
(«сверлящие водоросли»), некоторые симбионты др.
организмов. Хорошо приспосабливаются к различным,
экстремальным условиям среды - отсутствию кислорода, избытку углекислого газа и сероводорода,
повышенной и пониженной температуре и т. д.

18.

Отдел Cyanophyta подразделяют на три класса:
Класс Хроококковые (Chroococcophyceae),
Класс Хамесифоновые (Chamaesiphonophyceae),
Класс Гормогониевые (Hormogoniophyceae).

19.

ОТДЕЛ Cyanophyta
К Л А С С Ы
1. Хроококковые –
Chroococcophyceae
2. ГормогониевыеHormogoniophyceae
3. Хамесифоновые –
Chamaesiphonophyceae
П
О
Р
1. Хроококковые – Chroococcales
Род Глеокапса - Gleocapsa
Род Микроцистис – Microcystis
Род Мерисмопедия - Merismopedia
Я
Д
К
И
1. Осциллаториевые - Oscillatoriales
Род Осциллатория Oscillatoria
Род Спирулина - Spirulina
2. Ностоковые - Nostocales
Род Анабена - Anabaena
Род Носток - Nostoc
Род Ривулярия - Rivularia

20.

1. КЛАСС Хроококковые – Chroococcophyceae
Порядок Хроококковые (Chroococcales)
Порядок Chroococcales
1. Microcystis
2. Chroococcus
3. Gleocapsa
4. Merismopedia
ХАРАКТЕРИСТИКА КЛАССА:
- Одноклеточные и колониальные синезелёные. Клетки разнообразной формы.
- Размножаются обычным делением клеток. Эндоспоры, экзоспоры и
гетероцисты отсутствуют.
- Распространены преимущественно в пресных водоёмах, а также на наземных
субстратах и в почве. Некоторые Хроококковые участвуют в образовании
лечебной грязи.

21.

Glaucocystis

22.

КЛАСС Хроококковые – Chroococcophyceae
Порядок Хроококковые (Chroococcales)
Таллом коккоидный, шаровидные клетки
образуют колонии.

23.

КЛАСС Хроококковые – Chroococcophyceae
Порядок Хроококковые (Chroococcales)
Род Микроцистис
(Microcystis) вызывает
«цветение» воды.

24. Цветение водоемов

25.

2. КЛАСС Гормогониевые – Hormogoniophyceae
1. Порядок Ностоковые - Nostocales
Nostoc
Scytonema
Rivularia
ХАРАКТЕРИСТИКА КЛАССА:
-Гетероцитные и гомоцитные формы, нитчатые
многоклеточные формы и колониальные, построенные из
нитей.
- Размножаются гормогониями или спорами.

26.

КЛАСС Гормогониевые – Hormogoniophyceae
Шаровидная
колония
Нити
колонии
Nostoc
1. Порядок Ностоковые
(Nostocales)
Характеристика порядка:
- Гетероцитные водоросли.
- Нитчатые и колониальные.
- Нити неразветвленные

27.

28.

Порядок Ностоковые (Nostocales)

29.

Порядок Ностоковые (Nostocales)
Гетероциста

30.

КЛАСС Гормогониевые – Hormogoniophyceae
2. Порядок Осциллаториевые (Oscillatoriales), Род Осциллатория (Oscillatoria)
Гомоцитные водоросли.

31.

2. Порядок Осциллаториевые (Oscillatoriales)
Род Спирулина (Spirulina)

32.

КЛАСС Гормогониевые (Hormogoniophyceae)
3. Порядок Стигонемальные (Stigonematales)

33.

Распространение Cyanophyta
1. Входят в состав планктона и бентоса пресных вод и морей, в наибольших
количествах развиваются в пресных водах,
2. Живут на поверхности почвы,
3. В горячих источниках с температурой воды до 80 °С,
4. На снегу — в полярных областях и в горах;
5. Ряд видов обитает в известковом субстрате («сверлящие водоросли»),
6. Некоторые Синезелёные водоросли — компоненты лишайников и
симбионты простейших животных и наземных растений (мохообразных и
цикадовых).
Значение Cyanophyta
1. Иногда вызывают цветение воды в водохранилищах, что приводит к
гибели рыб.
2. В определенных условиях массовое развитие Синезелёные водоросли
способствует образованию лечебных грязей.
3. В некоторых странах (Китай, Республика Чад) ряд видов Синезелёные
водоросли (носток, спирулина и др.) используют в пищу.
4. Предпринимаются попытки массового культивирования Синезелёные
водоросли для получения кормового и пищевого белка (спирулина).
5. Некоторые Синезелёные водоросли усваивают молекулярный азот,
обогащая им почву.

34.

Цианобактерии вступают в симбиоз с широким кругом
хозяев: с простейшими (Paulinella chromatophora),
морскими губками (Theonella и Siphonochalina), коралами,
с грибами; среди фотосинтезирующих хозяев покрытосеменные (Gunnera), голосеменные (Cycas,
Zamia), папоротники (Azolla), моховидные (Blasia,
Anthoceras, Sphagnum), диатомеи из родов Epithemia,
Rhopalodia, Denticula, Rhizosolenia, все виды Hemiaulus
Acanthancora cyanocrypta

35.

• Природные места обитания, где
возможно коммерческая добыча
водоросли Spirulina, включают Тихий
океан около Японии и Гавай, и большие
пресноводные озера: озеро Чад в
Африке, озеро Текскоко в Мексике и
озеро Титикака в Перу (Южная
Америка).
• Aphanizomenon в массе добывают в
Верхний
озере Верхний Кламат, штат Орегон Озеро
Кламат
(США)
Озеро Текскоко

36. Биохимический состав Spirulina

• Белок - 55-70% от сухого веса (Phang et al., 2000).
Это – полный белок, содержащий все необходимые
аминокислоты, хотя с уменьшенным содержанием
метионина, цистина и лизина по сравнению со
стандартными источниками белка, такими как мясо,
яйца или молоко. Но это выше, чем содержание
белка в бобовых (соя 35%), арахисе -25% или зерне
(8–10%). Более 85% ее белков усваиваются уже
через 18 часов (Sasson, 1997).
• Незаменимые жирные кислоты – содержит высокое
количество полиненасыщенных жирных кислот (1,52,0 %, при суммарном содержании липидов – 5-6%):
гамма-линоленовая кислота (36% от суммарных
ПНЖК), альфа-линоленовая, линолевая,
стеаридоновая, эйкозапентаеновая,
докозагексаеновая и арахидоновая кислоты.

37.

• Витамины: витамин B1 (тиамин), B2 (рибофлавин), B3
(никотинамид), B6 (пиридоксин), B9 (фолиевая кислота),
B12 (цианокобаламин), витамин C, витамин D и витамин
E.
• Минералы: калий, кальций, хром, медь, железо, магший,
марганец, фосфор, селен, натрий цинк.
• Пигменты: хлорофилл a, бета-каротин, эхиненон,
миксоксантофилл, зеаксантин, кантаксантин,
диатоксантин, 3-гидроксиэхиненон, бета-криптоксантин,
осциллаксантин, фикоцианин, аллофикоцианин.

38.

• Показания:
БАДы на основе Спирулины («еда будущего») применяются для:
• восполнения витаминно-минеральной недостаточности (гиповитаминоз,
анемии);
• очищения организма от "шлаков" (заболевания печени, почек). Спирулина с Zn
успешно помогают при лечении хронического отравления мышьяком через
питьевую воду;
• нормализации обмена веществ (атеросклероз, сахарный диабет) показаны
положительные результаты, но требуются дополнительные клинические
испытания;
• повышения сопротивляемости организма к инфекциям (иммунодефициты);
• снижения веса (ожирение), нет достоверных данных;
• повышения активности (при астении, усталости, снижении работоспособности,
физических и умственных перегрузках). В клинических испытаниях действие не
подтвердилось;
• нормализации работы желудочно-кишечного тракта;
• профилактики онкологических заболеваний; замедления процессов старения –
нет достоверных данных.
• аллергии, насморк - препараты обладают противовоспалительным действием
за счет подавления высвобождения гистамина тучными клетками при
аллергическом рините.
• антивирусные свойства.

39.

СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ И ПОНЯТИЙ
АЛЬГОЛÓГИЯ (от лат. alga - морская трава, водоросль и греч. lógos - слово,
учение), или ФИКОЛÓГИЯ (от греч. phýkos - водоросль и логос) - раздел
ботаники, изучающий водоросли.
АКИНÉТЫ (от греч. akinétos - неподвижный) - неподвижные покоящиеся
споры, или клетки нитчатых зеленых водорослей и цианобактерий с
утолщенной оболочкой, большим количеством запасных питательных веществ
и пигментов. Образуются целиком из вегетативных клеток, служат для
переживания неблагоприятных условий и размножения.
ЭНДОСПОРЫ - возникают по несколько в материнской клетке;
ЭКЗОСПОРЫ - отчленяются с наружной стороны клеток.
ГАЗОВЫЕ ВАКУОЛИ, ИЛИ ПСЕВДОВАКУОЛИ – полости, заполненные
газом.
ГЕТЕРОЦИСТЫ (от греч. гетерос и kýstis - пузырь) - специализированные
особые крупные, с толстой оболочкой, с гомогенным содержимым (т.е. без
газовых вакуолей и зерен запасных веществ) клетки у цианобактерий.
Образуются путем дифференцирования вегетативных клеток, имеют сильно
утолщенные стенки за счет трех дополнительных слоев, пигментный состав
отличается от вегетативных клеток (имеются хлорофилл и каротиноиды,
отсутствуют фикобилины). В них происходит процесс фиксации атмосферного
азота.

40.

ГОРМОГÓНИИ (от греч. hormáз - привожу в движение и gone - зарождение) многоклеточные фрагменты (участки) нитей цианобактерий, служат для
вегетативного размножения - способные к прорастанию в новые особи.
Гормогонии способны к скользящим движениям, не содержат гетероцист и
лишены чехла. Распад нити на гормогонии происходит по гетероцистам.
МУРЕИН - (полимер, состоящий из аминосахаров и аминокислот) – вещество,
являющееся основным компонентом клеточной стенки синезеленых водорослей
(2-ой слой) и бактерий (т.е. прокариотов), не встречающееся у эукариотических
водорослей и грибов.
СИНЕЗЕЛЕНЫЕ ВОДОРОСЛИ – первые автотрофные фотосинтезирующие
организмы, появившиеся на Земле. Прокариоты. Изменили атмосферу древней
Земли, обогатив ее свободным кислородом, а также явились первыми
создателями органического вещества, ставшего пищей для гетеротрофных
бактерий и животных.
ФИКОБИЛИНЫ – пигменты синезеленых и красных водорослей
фикоэритрины (красные) и фикоцианины (синие) , по химической
природе – белки.
ФИКОБИЛИСОМЫ - особые частицы (гранулы) на поверхности
тилакоидов, содержащие фикобилины.