Презентация - Красные водоросли

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.

ОТДЕЛ КРАСНЫЕ ВОДОРОСЛИ (Багрянки) – Rhodophyta (от греческих слов «родос» – красный, «фитон» – растение)

Численность отдела Rhodophyta: более 670 родов, 2500 – 6000 видов. Багрянки – морские бентосные водоросли, в основном макрофиты.

Порфира (Porphyra) – морская водоросль, имеет большое промысловое значение. Таллом гаметофита представлен однослойной или двухслойной пластинкой, сужающейся в нижней части в небольшой стебелек. Пластинки округлые, яйцевидные, удлиненные, с цельными или зазубренными краями. Стебелек переходит в подошву, образованную ризоидами и служащую органом прикрепления водоросли к субстрату. Растения средних размеров, максимум длины 1 м и более. Окраска пластинок розово-красная, буроватая или голубоватая. Окраска сильно зависит от глубины произрастания талломов и варьирует от ярко-красной на большой глубине до слабо розовой с зеленоватым отливом на мелководье

Род Порфира (Porphyra)

Порядок Nemaliales
В морях на скалах растет немалион (Nemalion) - слизистые бледно-розовые шнуры длиной до 25 см и 5 мм толщины, с многоосевым строением. Слоевище слизистое, червеобразное, розовое, центральная часть занята пучком продольных нитей, состоящих из вытянутых бесцветных клеток. От пучка радиально расходятся многочисленные вильчато разветвленные ветви ограниченного роста

Порядок Nemaliales – Немалиевые – объединяет организмы одноосевого и многоосевого строения, у которых отсутствуют ауксиллярные клетки.
Род Батрахоспермум (Batrachospermum) –– одна из самых известных пресноводных багрянок, обитает в медленно текущих реках и ручьях, в прибрежной зоне озер, даже в торфяных болотах, студенистая на ощупь сильно ветвистая водоросль, состоящая из похожих на бусины клеток.

Анфельция
Дазия

Делессерия (Delesseria) - талломы похожи на ярко-красные листья.
Делессерия

Полисифония

Красная водоросль Asparagopsis
Филлофора (Phyllophora)

Порядок Ceramiales – Церамиевые – объединяет наиболее эволюционно продвинутые формы флоридеевых водорослей. Таллом пластинчатый, плоский, цилиндрический или нитевидный, обычно разветвленный, одноосевого типа.
Каллитамнион - один из типичных представителей багрянок – каллитамнион щитковидный (Callithamnion corymbosum) – образует изящные кустики ярко-розового цвета до 10 см высотой, состоящие из сильно разветвленных нитей.

Порядок Ceramiales – Церамиевые – объединяет наиболее эволюционно продвинутые формы флоридеевых водорослей. Таллом пластинчатый, плоский, цилиндрический или нитевидный, обычно разветвленный, одноосевого типа.

3. Тип организации таллома: многоклеточные водоросли с нитчатым, гетеротрихальным, псевдопаренхиматоз-ным (большинство) и паренхиматозным талломом. Редко с коккоидным талломом. 4. Клеточная стенка из пектина и гемицеллюлозы.

Типы дифференциации таллома у красных водорослей: 1 — коккоидный; 2 — нитчатый; 3 — разнонитчатый; 4 — псевдопаренхиматозный; 5 — паренхиматозный

5. Набор пигментов: - хлорофилл а и d; - каротиноиды, - фикобилины – водорастворимые пигменты: а) красный — фикоэритрин и б) синий — фикоцианин и аллофикоцианин. Соотношение пигментов в талломах разная и поэтому окраска от темно-красного до голубовато-стального.

6. Запасные продукты красных водорослей:
- багрянковый крахмал – альфа -1,4-связанный глюкан, откладывается в цитоплазме вне хлоропластов и приобретает от йода буро-красный цвет. - флоридозид (выполняет осморегуляторную функцию) - многоатомные спирты

7. Особенности строения хлоропластов: хлоропласты окружены оболочкой из 2 мембран; тилакоиды лежат одиночно (не собраны в стопки, т.е. ламел и гранов нет); на поверхности тилакоидов расположены фикобилисомы – это тельца с пигментами; - хлоропластная ДНК имеет вид гранул.

СТРУКТУРА ФИКОБИЛИСОМЫ
Т И Л А К О И Д
Фикобилины – водорастворимые пигменты: - фикоэритрин – красный, - фикоцианин и аллофикоцианин - синие пигменты.

8. Жгутиковые стадии в жизненном цикле полностью отсутствуют

9. Р А З М Н О Ж Е Н И Е
Вегетативное - фрагментацией
Бесполое тремя типами спор
Половое (оогамия)
Моноспоры, не связаны с R!
Антеридии со спермациями
Тетраспоры (n), образующиеся после R!
Карпогон (женский половой орган) с яйцеклеткой
Карпоспоры (2n) (на основе оплодотворенной яйцеклетки)
ОСОБЕННОСТЬ РАЗМНОЖЕНИЯ RHODOPHYTA – ПОЛНОЕ ОТСУТСТВИЕ ЖГУТИКОВЫХ СТАДИЙ

I. Бесполое размножение происходит 2 типами спор: 1. Моноспорами – все содержимое спорангия (моноспорангия) формирует одну спору – моноспору. Моноспора неподвижна и ее образование не связано с R!
Моноспорангии: а – моноспоры;
А — часть таллома; Б — нить с моноспорангиями, В – моноспора.

2. Тетраспорами – в тетраспорангиях спорофита (2n) происходит мейоз и образуется 4 тетраспоры (n). Они неподвижны и их образование связано с R! Гаплоидные тетраспоры прорастают в гаплоидные растения – гаметофиты.

1. Тетраспорангии с тетраспорами. 2. Выпадение тетраспор.
Разные варианты расположения тетраспор в тетраспорангиях.

II. Половое размножение. Половой процесс – оогамия. Половые органы: 1. Женский половой орган оогоний у красных водорослей называется карпогоном.

2. Мужской орган – антеридий, или сперматангий. Мужская гамета – спермаций – мелкий, голый, без жгутиков. Перенос к трихогине токами воды.
Брюшко
Антеридий
Ветвь с карпогоном (1) и антеридиями (2)

После оплодотворения на женском гаметофите развивается уникальное диплоидное поколение – карпоспорофит.
После оплодотворения развитие зиготы у разных водорослей происходи по-разному:

1. У более примитивных красных водорослей содержимое зиготы (оплодотворенного карпогона) сразу же делится митозом с образованием неподвижных голых спор – карпоспор (2n). Из карпоспор вырастают новые растения.

2. У других из зиготы вырастают многоклеточные ветвящиеся нити (выросты) — гонимобласты, клетки которых превращаются в карпоспорангии, внутри каждого карпоспорангия образуется по одной карпоспоре. Гонимобласты с карпоспорангиями выделяют в особую форму развития – карпоспорофит.

2. Развитие гонимобластов и карпоспорангиев на оплодотворенном карпогоне (зиготе)

Карпоспорангии часто располагаются тесными группами — цистокарпиями, которые у многих представителей одеты псевдопаренхиматозной оболочкой, развивающейся из соседних с карпогоном клеток.

1. Ветвь с карпогоном, трихогиной и с антеридиями. 2. Цистокарпий, развившийся из оплодотворенного карпогона.

3. У большинства красных водорослей процесс образования карпоспор еще сложнее. Гонимобласты развиваются не из зиготы (брюшка оплодотворенного карпогона), а из особых вегетативных клеток таллома (вспомогательных), богатых питательными веществами - ауксилярных клеток. Эти клетки могут находиться на разном удалении от карпогона или же располагаются на талломе в непосредственной от него близости. Если далеко, то образуются ообластемные нити.

3. Процесс образования карпоспор через ауксилярные клетки: а - карпогон с трихогиной, б - ауксилярные клетки, в - ообластемные нити, г - цистокарпии.

A — оплодотворение; Б — развитие ообластемных нитей; В — развитие карпоспор: 1 — трихогина, 2 — спермаций, 3 — ауксилярная клетка, 4 — ообластемная нить, 5 — слияние ообластемной нити с ауксилярной клеткой, 6 - карпоспоры

Цистокарпии с карпоспорами: 1 и 2 - часть слоевища с цистокарпиями (ц) на поверхности, 3 - цистокарпий с карпоспорами (кс), 4 - часть слоевища с погруженными цистокарпами (ц), 5 - продольный срез через погруженный цистокарпий (ц)

Карпоспорофит полисифонии с цистокарпиями

10. ЖИЗНЕННЫЕ ЦИКЛЫ красных водорослей (Rhodophyta). Выявлены 3 типа жизненных циклов
Жизненный цикл Polysiphonia-тип. Встречается у большинства красных водорослей. Цикл развития гаплоидно-диплоидный с изоморфной сменой гаметофита и тетраспорофита, усложненная развитием карпоспорофита. Мейоз спорический. Чередуются: 1. Гаметофит (n) – самостоятельная взрослая особь. 2. Карпоспорофит (2n) - живет на гаметофите. 3. Тетраспорофит (2n) - самостоятельная взрослая особь.

1. Жизненный цикл большинства Красных водорослей - Polysiphonia-тип - последовательность гаметофитной, карпоспорофитной и тетраспорофитной фаз в цикле развития.

Цикл развития полисифонии гаплоидно-диплоидный со спорическим мейозом перед образованием тетраспор.

С изоморфной сменой форм развития

Цикл развития Полисифонии

2. Жизненный цикл развития с конхоцелис-стадией (у Порфиры - Porphyra). Это гаплоидно-диплоидный цикл в котором чередуются: 1. Гаплоидный макроскопический (крупный) гаметофит (n). 2. Диплоидный карпоспорофит (2n), развивающийся на гаметофите. 3. Диплоидная микроскопическая нитчатая конхоцелис-стадия (2n).

ЦИКЛ РАЗВИТИЯ Порфиры (Porphyra)

3. Жизненный Цикл развития с шантранзия ––стадией (у батрахоспермума). Это гаплоидно – диплоидный цикл с гетероморфной сменой поколения с шантразия стадией. Чередуются: 1. Гаплоидный макроскопический (крупный) гаметофит (n). 2. Диплоидный карпоспорофит (2n), развивающийся на гаметофите 3. Диплоидная микроскопическая шантранзия- стадия (2п)

Гаметофит (n)
Карпоспорофит (2n)
R!
Шантранзия- стадия (2n)

Антеридий (п)

В большинстве случаев происходит смена 3-х форм развития: 1. Тетраспорофит – это самостоятельная особь, диплоидная фаза развития, на нем образуются тетраспорангии; 2. Гаметофит – гаплоидная фаза развития, на котором образуются половые органы - карпогон и антеридий. Причем, у большинства багрянок гаметофиты раздельнополые; 3. Карпоспорофит – это диплоидная фаза развития, на котором образуются карпоспорангии, совокупность которых образует цистокарпий.

ЗНАЧЕНИЕ - продуценты органического вещества и кислорода; - для получения йода, в пищу - порфира съедобна, но некоторые виды ядовиты; из красных водорослей вываривают студенистое вещество – агар-агар, который имеет очень большое значение: - в микробиологии для изготовления твердых питательных сред; - в пищевой промышленности для производство кондитерских изделий (мармелад, зефир, начинки и т.д.), диетических продуктов, супов,мороженого; - в бактериологии для разводок; - в медицине в качестве слабительного, имеет положительное воздействие при сахарном диабете и заболеваниях сердца; - в дерматологии изготавливают крем для упругости тела.

Агар
Агар — самый сильный желирующий агент. Способность агара образовывать студни уменьшается при его нагревании в присутствии кислот. Водный раствор агара образует студни при охлаждении до 45 оС. Температура плавления водного студня — 80–90 оС. Агар используют в кондитерской промышленности при производстве мармелада, желе, при получении мясных и рыбных студней, при изготовлении мороженого, где он предотвращает образование кристалликов льда, а также при осветлении соков. Студни, приготовленные на основе агар-агара, в отличие от всех других студнеобразователей, характеризуются стекловидным изломом.       Применение агара в пищевой промышленности не лимитировано, а его количество, добавляемое в пищевые продукты, обусловлено рецептурами и стандартами на эти продукты.

Использование агар-агара в медицине
Разбухающие вещества аптекарского сырья не разлагаются ни в кислой среде желудка, через которую проходят очень быстро, ни в щелочной среде кишечника, а в результате сильного разбухания увеличивают содержимое кишечника, что и вызывает его перистальтику. Таким образом агар-агар действует как мягкое слабительное.

В 1984 г. Экспертный комитет по пищевым добавкам и Рабочая группа Комиссии по пищевому кодексу ВОЗ подтвердили, что каррагинан безопасен для применения в пище и является полезным компонентом для применения в качестве пищевой добавки. Каррагинаны – это природные загустители, желеобразующие компоненты и стабилизаторы консистенций, они не расщепляются в желудочно-кишечном тракте человека и выполняют функции пищевых волокон Нашли применение в молочной промышленности, а также широко применяются в мясной и кондитерской промышленности в качестве уплотнителей и эмульгаторов - стабилизаторов. Известно, что каррагинаны обладают противовирусной, противоязвенной активностью, сорбционными свойствами и способствуют выведению из организма тяжелых металлов.

Каррагинаны в пищевой промышленности
Каррагинаны Каппа и Йота используют при приготовлении шоколадного молока, молочных пудингов и сливочных десертов, в составе смесей для стабилизирующих добавок – при производстве взбитых продуктов, сливочных муссов, молочных коктейлей, желе из сыворотки. Каррагинаны применяются для производства желе и десертов на водной основе, сгущенного молока, желейных заливок и глазурей, начинок для карамели, конфет, жевательной резинки, жевательного мармелада, жевательных конфет, мороженного. Присутствие каррагинанов в продуктах питания показывает маркировка «E407», встречающаяся на упаковке.

В мясо-молочной промышленности
Каррагинаны применяют при производстве: вареных колбас; сосисок, сарделек; цельномышечных продуктов из говядины и свинины; ветчин; мясных консервов; паштетов; мяса в желе.
Преимущества каррагинана: придает продукту монолитную упругую консистенцию; увеличивает выход готовой продукции; уменьшает термопотери; делает продукцию стойкой в процессе варки; сохраняет ароматы в процессе приготовления, благодаря его способности обволакивать ароматические добавки. не теряет своих свойств в процессе стерилизации при t=135-140 °C в течение 1,5 часов.

Производство каррагинанов
Производство каррагинанов как важного сырья для медицинской, пищевой и некоторых других отраслей промышленности развито в основном в США, Франции, Канаде, Англии, Швеции, Норвегии, Ирландии, Португалии, Филиппинах и некоторых других странах. Мировое потребление каррагинанов составляет более 14 000 т в год и увеличивается на 1–3% ежегодно. Производят каррагинаны из Chondrus и Eucheuma В России на Дальнем Востоке и Белом море налажена переработка анфельции и получение из нее агар-агара. Для этих же целей в Южном Приморье используется грацилярия, введенная в марикультуру.

Чистый фикоэритрин интенсивного красно-малинового цвета, может быть широко использован в пищевой и парфюмерной промышленности в качестве пищевых добавок, красителей, а также в медицинской промышленности как флуоресцентные метчики для диагностики и в радиобиологии. Известные зарубежные фирмы ежегодно тоннами продают эти красители в основном для кондитерской и парфюмерной промышленности. В США запатентовано их применение в качестве флуоресцентных метчиков для иммуно-диагностики (Stryer Zybert et al., 1989). Имеются также сведения об использовании фикоэритрина и родственного ему синего пигмента фикоцианина в онкологии и как радиопротектора (Hirata Takashi et al., 2000; Bhat Vadiraja, Madyastha, 2001; Romay Cheyla et al., 2001). Фикоцианин является не только натуральным красителем, но и мощным антиоксидантом с противоспалительными свойствами, фикоцианин способен разрушать пероксинитрит, гидроксил и пероксил радикалы, а также подавлять перекисное окисление липидов

Токсичные соединения красных водорослей
α-Kainic (10) and domoic acids (11) Образуются у некоторых церамиевых водорослей и используются при исследовании нейрофизиологических расстройств (болезни Альцгеймера, Паркинсона, эпилепсия). Экстракты из Digenea simplex и Chondria armata, содержащие домоевую кислоту, обладают противогельминтозным и инсектицидным свойствами. Aplysiatoxin (12) and debromoaplysiatoxin (13) стимулируют образование опухолей и вызывают отравления при поедании Gracilaria coronopifolia . manauealide A (14), manauealide B (15) and manauealide C (16) вызывают диаррею у мышей. Polycavernoside A (17) вызывает смертельные отравления людей, употребляющих в пищу Polycavernosa tsudae. rostaglandin E2 (18) вызывает смертельные олтравления при употреблении некоторых Gracilaria.

АУКСИЛЯРНЫЕ КЛЕТКИ – особые вспомогательные клетки у большинства багрянок, богатые питательными веществами, из которых после их слияния с карпогоном развиваются гонимобласты. АГАР-АГАР (от малайского агар-агар — водоросли) — продукт (смесь полисахаридов агарозы и агаропектина), получаемый путем экстрагирования из красных и бурых водорослей (Gracilaria, Gelidium, Ceramium и др.), произрастающих в Белом море и Тихом океане, и образующий в водных растворах плотный студень. ГОНИМОБЛАСТЫ – многоклеточные ветвящиеся нити, клетки которых превращаются в карпоспорангии, производящие по одной карпоспоре. КАРПОГOН (от греч. karpos - плод и гонэ) - женский гаметангий большинства красных водорослей, состоящий из расширенной базальной части - брюшка, заключающего яйцеклетку, и узкой – трихогины.

КАРПОСПОРОФИТ (от карпос, спора и фитон) – а) особая фаза в цикле развития красных водорослей, включающая гонимобласты и карпоспорангии с карпоспорами; б) первый компонент диплоидной фазы цикла развития красных водорослей, существующий на гаметофите, получая от него питательные вещества и образуя карпоспоры, которые дают начало второму компоненту диплоидной фазы цикла - тетраспорофиту. КАРПОСПОРЫ (от карпос и спора) - диплоидные митоспоры красных водорослей, возникающие на карпоспорофите. ООБЛАСТЕМНАЯ НИТЬ – соединительная нить без поперечных перегородок, связывающая карпогон и ауксилярные клетки. ПРОКАРПИЙ – совокупность ауксилярной клетки (или клеток) с карпогоном в случае их близкого расположения. СПЕРМАЦИЙ (от сперма) - безжгутиковая мужская половая клетка (неподвижная) красных водорослей.

ТЕТРАСПОРОФИТ – диплоидная фаза в цикле развития красных водорослей, взрослые особи с тетраспорангиями, в которых происходит спорический мейоз с образованием 4-х неподвижных тетраспор. ЦИСТОКАРПИЙ – совокупность карпоспорангиев, собранных в тесную группу, и покрытых оболочкой, образованной из окружающих карпогон клеток. КОНХОЦЕЛИС-СТАДИЯ (2n) – ШАНТРАНЗИЯ-СТАДИЯ (2n) -