ГОС. ЭКЗАМЕН ПО БИОЛОГИИ

Ботаника с основами фитоценологии.

1. Современные взгляды на систему органического мира и место в ней растений. Современные подходы к определению объема царства Растения, выделение и обоснование критериев, характеризующих растительное царство. Высшие и низшие растения, их отличительные признаки.

Наука, изучающая растения, называется ботаникой (от греческого слова «ботанэ» - трава, зелень). Ботаника ис­следует жизнь растений, их внутреннее и внешнее строе­ние, распространение растений на поверхности земного шара, взаимосвязь растений с окружающей природой и друг с другом. Растения - царство эукариотических организмов, харак­теризующееся автотрофным питанием. Общие свойства: обмен веществ, способность к самовоспроизведению, наследственность, изменчивость, рост и развитие, раздражение, движение (тропизм, настии), ритмичность физиологических процессов (биочасы). Прокариоты – 1 царство. Эукариоты – 3 царства.

Растения и животные (общее и различие): 1) различие в питании: автотрофы (раст.), гетеротрофы (жив., грибы). 2) у всех наличие спор. 3) движение. 4) обмен веществ: раст. – хлоропласты, жив. – эритроциты. Синтез хлор. и гемогл. вначале идет одинаково, затем в хлор. внедряется Mg, а в гемогл. Fе. 5) пит. в-ва: крахмал – гликоген. 6) образование половых клеток похоже. 7) состоят из клеток, в строении которых много общих черт. 8) у жив. нет кл. оболочки, нет пищ. вакуолей, нет хлоропластов, нет пластид. 9) у жив. есть центриоли, конечный продукт обмена – мочевина.

Свойства растений: 1) Растения способны к фотосинтезу, то есть обра­зованию органических веществ из неорганических за счет энер­гии солнечного света. 2) Клетки растений покрыты плотной целлюлозной оболоч­кой, или клеточной стенкой, не пропускающей твердые ча­стицы. 3) У растений существуют неко­торые ограниченные движе­ния (движение листьев к свету, лепестков цветка к солнцу, ростовые движения). Однако можно сказать, что растения, в противоположность живот­ным, неподвижны. 4) Растения могут размножаться при помощи спор, семян и вегета­тивных органов (черенками, отводками, корневыми отпрысками). 5) Запасным питательным веществом растений, как правило, слу­жит крахмал. 6) В жизни любого растения происходит чередование поколений.

Роль растений: 1. Космическая роль, энергия хим. связей, фотосинтез. В органическом веществе зеленых растений аккумули­руется солнечная энергия, за счет которой развивается жизнь на Земле. 2. Источник орг. в-в. 3. Обогащают атмосферный воздух кислородом. 4. Водный баланс планеты. 5. Влияют на климат и жив. мир. 6. Растения являются строительным материалом. Из них изготавливают: мебель, бумагу, предметы быта (корзинки, коврики), украшения, одежду. 7. Из растений делают лекарства. 8. Приглушают вредные индустриальные шумы, аромат и яркие краски цветов сни­мают нервное напряжение, приносят радость.

Многообразие и разнообразие царства растений. Царство Растения включает более 500 тысяч видов. Оно делится на подцарства: Багрянки, Настоящие водоросли, и Высшие растения. Багрянки и настоящие водоросли иногда называют низшими растениями. Они отличаются тем, что не имеют органов и тканей. Представители этой группы обитают чаще всего в воде. Бесполое размножение у так называемых низших растений осуществляется непод­вижными спорами или подвижными зооспорами, образу­ющимися обычно в одноклеточных спорангиях или зооспорангиях. К высшим растениям относятся ныне вы­мершие риниофиты и такие современные отделы, как Мо­ховидные, Хвощевидные, Папоротникообразные, Голосе­менные и Покрытосеменные. Риниофиты имеют: телом, ризомории, ризоид. Телом – осевой цилиндрический орган высших растений, из которого в процессе эволюции сформировались все основные вегетативные органы. Это преимущественно наземные растения, тело которых расчленено на органы и ткани. Вегетативные органы - листостебельные побеги и корни, выполняют функции питания и обмена веществ с внешней средой, то есть обеспечивают индивидуальную жизнь растений, генеративные органы служат для поло­вого размножения. У голосеменных и покрытосеменных появляется особый орган полового размножения - семя.

Высшие: наземные, макроскопические, многоклеточные, глубокая дифференцировка клеток, мейоспоры, споры образуются в многоклеточных спорангиях. Оогамия. Гаметангии многоклеточные, отделены стенкой (антеридии и архегонии). Наличие функционально сходных тканей, морфологически сходных вегетативных орга­нов, однотипных (за исключением покрытосеменных) многоклеточных поло­вых органов и спорангиев, кутинизированных спор, правильным чередовани­ем поколений.

Низшие: преимущественно водные, микро- и макроскопические, колониальные и одноклеточные. Либо без дифференцировки клеток, либо она слабо выражена. Мито- и мейоспоры образуются в одноклеточных спорангиях или соматических клетках. Много типов полового размножения. Гаметангии в основном одноклеточные, многоклеточные редко. Высшие растения - растения, тело которых расчленено на стебель, корень, лист. Имеют закономерное чередование полового и бесполого поколений - гаметофита спорофита.

2. Общая характеристика водорослей: уровни дифференциации талломов, строение клетки: оболочка, ядро, хлоропласты, пигментный состав, запасные вещества, строение и жгутиков. Размножение и циклы воспроизведения. Принципы классификации. Характерные признаки важнейших отделов водорослей.

Водоросли - наиболее древняя и сравнительно просто устроенная группа растений, основное местообитание которых - водная среда. Это типично автотрофные растения: благодаря наличию хлорофилла они способны усваивать на свету углекислый газ и синтезировать органические вещества из неорганических. Водоросли относятся к низшим растениям. Их вегетативное тело (таллом, или слоевище) не расчленено на стебель, листья и корни, как у высших растений. Лишь у некоторых морских водорослей есть органы, внешне напоминающие стебель и листья, однако по своей внутренней организации эти низшие растения не имеют ничего общего с высшими сосудистыми растениями, так как лишены сложного анатомического строения присущего последним. Приуроченность к водной среде выработала у водорослей особые черты физиологии. Так, поглощение необходимых питательных веществ осуществляется всей поверхностью их тела. Основные факторы внешней среды, от которых зависит существование водорослей,- свет, углекислота, химический состав воды, ее температура.

Строение. У большинства водорослей тело не имеет ясно выраженной дифференциации, которая свойственна высшим растениям. У более высокоорганизованных водорослей клетки с плотной целлюлозной оболочкой, содержимое состоит из цитоплазмы, ядра (одного или нескольких) и пластид. Пластиды водорослей не дифференцированы и носят общее название хроматофоры. Внешне хроматофоры представляют собой тела в виде ленты или пластинок различной формы, чаще зеленой окраски, они выполняют роль хлоропластов высших растений. В хроматофорах большинства водорослей находятся тельца, богатые белковыми веществами, которые называются пиреноидами. Вокруг пиреноидов обычно располагаются крахмальные зерна. Кроме хлорофилла, водоросли содержат и другие пигменты, которые часто своим присутствием маскируют зеленую окраску водорослей. Наиболее характерными и часто встречающимися пигментами водорослей, кроме хлорофилла, каротина и ксантофилла, являются фикоциан, фикоэритрин и фукоксантин. Пигмент фикоциан, растворимый в воде, окрашивает водоросли в синий цвет (сине-зеленые водоросли); фикоэритрин, тоже растворимый в воде, придает красную окраску (красные водоросли), фукоксантин обусловливает бурую окраску (бурые водоросли).

Размножение. Вегетативное размножение - это размножение отдельными частями слоевища или делением клетки на две новые. Если при таком делении клетки остаются связанными с помощью слизи, то образуются колонии.

При бесполом размножении в слоевище формируются особые споры, которые прорастают в новые особи. Такие споры могут быть подвижными (зооспоры) или неподвижными (апланоспоры).

При половом воспроизведении образуются половые клетки (гаметы), после попарного слияния которых формируется зигота, дающая начало новым особям. Основные типы полового процесса у водорослей: изогамия (слияние неразличимых по строению и подвижности гамет), гетерогамия (слияние подвижных гамет, отличающихся по размерам), оогамия (слияние крупной неподвижной яйцеклетки с мелким подвижным сперматозоидом) и конъюгация (слияние протопластов двух вегетативных клеток).

Ныне живущие водоросли в систематическом отношении не представляют собой единой группы организмов. В настоящее время их рассматривают как собрание ряда самостоятельных отделов. На основании различия в наборе пигментов и некоторых других биохимических данных (продукты запаса, состав клеточных оболочек), а также особенностей морфологического строения выделяют следующие отделы водорослей:

1) Сине-зеленые водоросли. За редким исключением, сине-зеленые водоросли - микроскопические растения: одноклеточные, колониальные и многоклеточные (нитчатые). Окраска талломов может быть различной (сине-зеленой, оливково-зеленой, желто-зеленой, розовой или фиолетовой), но никогда не бывает чисто-зеленой. В состав пигментов входят: зеленый хлорофилл, синий фикоциан, красный фикоэритрин и желтый каротин. Для этих водорослей характерно отсутствие в клетке оформленного ядра, нет также настоящих хроматофоров. Протоплазма, заполняющая клетку, разделена на два слоя: наружный, прилегающий к оболочке, в котором растворены пигменты, и внутренний, в котором локализовано ядерное вещество. Клеточные оболочки часто ослизняются. У многих нитчатых сине-зеленых водорослей кроме вегетативных клеток имеются также гетероцисты и споры. Гетероцисты отличаются от вегетативных клеток водянистым, часто блестящим содержимым и толстой, своеобразно устроенной оболочкой. Продукт запаса в клетке - главным образом гликоген. Полового процесса нет. Размножение у нитчатых форм происходит путем распада нити на отдельные фрагменты (гормогонии), у одноклеточных - делением клетки пополам. Наиболее распространенные виды относятся к родам - Носток и Глеотрихия. Представители часто встречаются в пресных водоемах.

2) Зеленые водоросли. Талломы чисто-зеленого цвета. В хроматофорах клеток содержатся пигменты хлорофилл, каротин и ксантофилл. Среди зеленых макрофитов встречаются различные формы: колониальные, нитчатые в виде сильноразветвленных кустов, пластинчатые, сифоновые и довольно сложно устроенные харовые водоросли, внешне напоминающие высшие растения - роголистник или хвощ. Таллом харовых водорослей состоит из ветвящихся побегов («стеблей») и мутовчато-расположенных ветвей ограниченного роста («листьев»). Места расположения «листьев» называются узлами, а участки стебля между ними - междоузлиями. Размножаются эти растения вегетативно, бесполым и половым путем. Половые органы харовых водорослей многоклеточные. Женские половые органы (оогонии) и мужские (антеридии) развиваются у основания боковых ветвей на одном и том же растении или на разных. Продукт запаса у зеленых водорослей - крахмал. Зеленые водоросли - обитатели пресных и соленых вод. Наиболее распространенные виды: Гидродикцион, Кладофора, Ульвария, Ульва, Энтероморфа, Бриопсис, Кодиум, Хара.

3) Золотистые водоросли.

4) Желто-зеленые водоросли.

5) Диатомовые водоросли.

6) Пиррофитовые водоросли.

7) Эвгленовые водоросли.

8) Бурые водоросли. Талломы окрашены в различные оттенки бурого цвета. В хроматофорах клеток содержится помимо хлорофилла, каротина и ксантофилла коричневый пигмент фукоксантин. В этом отделе имеются как мелкие, так и очень крупные водоросли. Они достигают нескольких десятков метров длины и отличаются сложным анатомическим строением (ламинариевые, фукусовые), а по своему внешнему виду напоминают высшие растения. Для многих бурых водорослей характерно присутствие воздушных полостей или пузырей, которые помогают тяжелым талломам занимать вертикальное положение в воде. Продукты запаса - шестиатомный спирт маннит, полисахарид ламинарии, масло. В клеточных оболочках содержится альгиновая кислота. Размножаются бесполым и половым путем, причем у большинства видов органы бесполого размножения развиваются на спорофите, а органы полового размножения - на гаметофите. У ряда бурых водорослей спорофит и гаметофит одинаковы по морфологии, у других же (ламинария, десмарестия, алария) спорофит крупный, с хорошо развитым стволиком и органами прикрепления, а гаметофит микроскопический. У фукусовых водорослей (роды фукус, аскофиллум, пельвеция, цистозейра, саргассум) нет четко выраженной смены поколений, они размножаются только половым путем. Органы полового воспроизведения располагаются у них в углублениях на вздувшихся верхних частях таллома (рецептакулах). Бурые водоросли, за немногими исключениями, - морские растения.

9) Красные водоросли (Багрянки). Окраска талломов обусловлена присутствием в хроматофорах их клеток помимо хлорофилла, каротина и ксантофилла еще двух пигментов: красного - фикоэритрина и синего - фикоциана. В зависимости от количественного соотношения пигментов цвет растений изменяется от темно-малинового, розового или желтоватого до оливково-зеленого или сине-зеленого. Талломы имеют самую разнообразную форму: корковидную, нитевидную, шнуровидную, пластинчатую. Продукт ассимиляции - специфический полисахарид - багрянковый крахмал. Размножение бесполое и половое. Многие багрянки характеризуются правильной сменой гаметофита и спорофита, морфологически неотличимых друг от друга. В подавляющем большинстве это морские растения. Наиболее распространенные виды относятся к родам: Порфира, Немалион, Кораллина, Филлофора , Анфельция, Церамиум, Полисифония, Одонталия, Делессерия.

3. Общая характеристика царства Грибы. Признаки, сближающие грибы с растениями и животными. Строение, питание, размножение. Современные подходы к систематике грибов, важнейшие отделы и классы.

Грибы - особое царство организмов, имеющих черты сходства и различия как с растениями, так и с животными. Грибы, как и растения, неподвижны, растут в течение всей жизни, всасывают питательные вещества всей поверхностью тела, а не заглатывают их, как животные. Наличие у клетки гриба твердой оболочки, как у растений и бактерий. Отсутствие в клетках грибов хлоропластов, в связи с чем в них не происходит фотосинтез. Грибы, как и животные, гетеротрофы (питаются готовыми органическими веществами). Содержание в оболочке клеток грибов хитина, как и в наружном скелете многих животных. Почти все грибы многоклеточные, тело их состоит из тонких нитей - гифов, которые часто ветвятся и образуют мицелий, или грибницу, а у некоторых грибов, например у шляпочных, и плодовые тела, в которых гифы плотно прилегают друг к другу. Сложное строение грибной клетки - наличие оболочки мембраны, цитоплазмы с органоидами и ядра с хромосомами. Жизнедеятельность грибов. Грибы-гетеротрофы всасывают органические вещества поверхностью гифов. Грибы-сапротрофы питаются органическими соединениями мертвых организмов. Грибы-паразиты используют для питания живые ткани организма хозяина. Симбиоз шляпочных грибов с деревьями - срастание гифов грибов с древесными корнями и образование микоризы. Поглощение грибами воды и раствора минеральных солей из почвы - снабжение ими растений. Использование грибами органических веществ, созданных растениями.    

Размножение. Грибы размножаются вегетативным, бесполым и половым путем. При вегетативном размножении от мицелия отделяются неспециализированные его части, например обрывки гиф, и дают начало новому мицелию. Бесполое размножение происходит при помощи специализированных клеток или многоклеточных структур - спор, которые прорастают в мицелий. Такие споры образуются на мицелии эндогенно, внутри особых вместилищ - спорангиев, или экзогенно, на поверхности специализированных веточек мицелия - конидиеносцах. Эндогенные споры грибов могут быть двух типов. Зооспоры 0 голые подвижные клетки, снабженные жгутиками. Они формируются внутри зооспорангиев. Спорангиоспоры 0 неподвижные споры, одетые оболочкой. Экзогенные споры всегда неподвижны, покрыты оболочкой. Их называют конидиями. Половое размножение происходит у всех групп грибов, кроме дейтеромицетов, называемых поэтому также несовершенными грибами (Deuteromycetes). Формы полового процесса у грибов очень разнообразны. Их можно разделить на три большие группы: гаметогамия, соматогамия и гаметангиогамия. Гаметогамия - слияние специальных половых клеток (гамет), образующихся в гаметангиях. Основные типы гаметогамии - изогамия (слияние не различающихся по размерам и морфологии гамет), гетерогамия (слияние подвижных гамет, различающихся по размерам), оогамия (слияние крупной неподвижной яйцеклетки с мелким подвижным сперматозоидом или антеридием - мужским половым органом, не дифференцированным на гаметы). Соматогамия - это слияние обычных вегетативных клеток мицелия. Она встречается у многих грибов, например у базидиомицетов, и некоторых других. Простейший случай соматогамии - хологамия (слияние двух одноклеточных организмов), встречающаяся у некоторых дрожжеподобных грибов.

Гаметангиогамия - слияние двух специализированных половых структур (гаметангиев), не дифференцированных на гаметы. Этот тип полового процесса распространен у зигомицетов и аскомицетов. После оплодотворения образуется зигота, прорастающая либо после некоторого периода покоя, либо непосредственно после образования. У аскомицетов и базидиомицетов при образовании зиготы сливается только цитоплазма клеток, а их ядра располагаются попарно, образуя так называемые дикарионы (дикариотический мицелий - у базидиомицетов или аскогенные гифы - у аскомицетов). На развивающихся из зиготы гифах образуются органы полового размножения: сумки (аски) у аскомицетов и базидии - у базидиомицетов. Сумки (аски) представляют собой округлые, булавовидные или цилиндрические клетки, внутри которых образуются споры, называемые аскоспорами. Базидиями называются клетки цилиндрической или булавовидной формы или структуры, состоящие из двух-четырех клеток. На их поверхности на тонких ножках, называемых стеригмами, экзогенно образуются споры (базидиоспоры).

Систематика грибов. Грибы отнесены к царству Fungi (Mycota), подразделяемому на отделы Миксомицеты (грибы слизевики), плазмодиофоромицеты и Eumycota (истинные грибы). Истинные грибы, гифы которых не имеют пepeгoродок, известны как низшие грибы. К ним относят отделы Хитридиомицеты, гифохитридиомицеты, оомицеты, зигомицеты. Представители классов Аскомицеты, базидиомицеты, дейтеромицеты (несовершенные грибы) - высшие грибы, так как их гифы имеют перегородки-септы. К ним относят подавляющее большинство видов, вызывающих заболевания у человека.

Зигомицеты представлены быстрорастущим видами, обычно обитающими в почве. При культивировании in vitro образуют обильный сероватый или белый воздушный мицелий. Их гифы не имеют перегородок либо септированы частично. Размножаются половым и бесполым путём. Бесполое размножение реализуется через образование спорангиофоров со спорангиями. Половое размножение приводит к образованию зигот - зигоспор. Их возбудителями могут быть представители родов Absidia, Mortierella, Mucor, Rhizopus, Entomophthora, Conidiobolus и Basidiobolus.

Аскомицеты получили своё название из-за наличия основного органа плодоношения - сумки, содержащей 4 или 8 гаплоидных половых аскоспор. Гифы имеют выраженные перегородки. Размножаются половым (через образование аскоспор) и бесполым (через формирование конидий) путём. К аскомицетам относят и дрожжи - одноклеточные грибы, утратившие способность образовывать мицелий. Возбудителям микозов человека выступают Pseudoattescheria boydii и представителей родов Geotrichum, Microsporum и Trichophyton.

Базидиомицеты имеют характерный орган спороношения - базидий. Последний состоит из вздутой терминальной клетки, расположенной на тонком стебле. На базидий путём мейотического деления развиваются, отшнуровываясь от него, базидиоспоры. Единственным патогенным для человека видом выступает Filobasidiella neoformans.

Дейтеромицеты не образуют настоящую филогенетическую группу, а выступают в качестве таксономической «свалки», куда помещают виды, у которых половая (совершенная) стадия размножения отсутствует либо не выявлена. Их классификация основана на формах спороношения или других внешних признаках и служит только практическим целям. Для них установленным считают лишь бесполое размножение, поэтому дейтеромицеты также известны как несовершенные грибы (Fungi imperfecti). По морфологическим признакам большинство дейтеромицетов сходно с аскомицетами.