Лабораторная работа №

БИОЛОГИЯ И БИОТЕХНИКА ВЫРАЩИВАНИЯ

ЛАМИНАРИИ ЯПОНСКОЙ

Цель работы

Ознакомиться с циклом развития ламинарии японской и биотехникой ее искусственного разведения.

Задание

1. Изучить биологию ламинарии японской.

2. Зарисовать схему жизненного цикла ламинарии.

3. Рассмотреть препараты и зарисовать различные стадии развития ламинарии и научиться их идентифицировать.

4. Зарисовать схемы сооружений для выращивания ламинарии.

Необходимое оборудование

1. Микроскопы.

2. Препараты со спорангиями ламинарии.

3. Препараты рассады ламинарии на поводцах.

4. Схемы сооружений для выращивания ламинарии.

Порядок выполнения работы

1. Зарисовать схему жизненного цикла ламинарии.

2. Рассмотреть под микроскопом препараты с различными стадиями развития зооспор, гаметофитов, зигот, микро-скопических слоевищ и зарисовать:

а)строение спорангия;

б)зооспоры;

в)процесс прорастания зооспор;

г)мужской и женский гаметофиты;

д)зиготы;

е)молодой спорофит;

ж)взрослый спорофит.

3. Рассмотреть схемы сооружений для выращивания ламинарии и зарисовать их основные элементы:

а)поводец без рассады;

б)поводец с рассадой;

в)товарное сырье.

Изложение теоретического материала

Ламинария японская относится к семейству ламинариевых, класса - бурые водоросли (Phaeophyta). Для нее характерно лентовидное слоевище длиной от 1 до 8-12 м, шириной 12-30 см, толщиной 2-5 мм. Растение прикрепляется к твердым грунтам при помощи особых приспособлений - ризоидов. Ламинария используется как сырье для получения альгиновой кислоты и ее соединений, а также употребляется в пищу и является ценным лекарственным средством. Зона ее произрастания в основном расположена в районах холодных морских течений от побережья КНДР и северной части о. Хонсю до 50°с.ш., а также у южного, юго-западного берега Сахалина и у южных Курильских островов. В Японском море ламинария образует обширные заросли на каменистых и галечных грунтах от мыса Поворного до мыса Бычьего. Это двухлетняя водоросль, в развитии которой чере­дуются бесполое (спорофит) и половое (гаметофит) поколения (рис.1).

Рис.1. Стадии развития ламинарии японской: 1-зооспоры,

2-эмбриоспоры,

3-проростание спор,

4-одноклеточные гаметофиты,

5-мужские и женские гаметофиты,

6-образование гаметангиев,

7-зрелые гаметофиты, 8-спорофит нитчатый, 9-однослойный спорофит,

10-многослойный спорофит,

11-13-одногодичные слоевища,

14-двухгодичное слоевище,

15-спороносная ткань

Цикл развития ламинарии японской состоит из нескольких этапов (см. рис.1). Крупные слоевища, которые используются и ради которых разводят ламинарию, являются бесполой стадией развития - спорофитом, на нем разбиваются сорусы спорангиев с зооспорами, имеющие более темную окраску, чем остальная часть пластины. В развитии спорангиев выделяют 6 стадий зрелости спороносной ткани.

Зрелые зооспоры величиной 5-10 мкм выходят через вершину спорангия и некоторое время активно передвигаются в воде. Они имеют грушевидную форму и два боковых жгутика. Сначала зооспоры двигаются прямолинейно или волнообразно, но весьма быстро. Затем скорость движения замедляется, перемещение происходит по кругу, а несколько позже начинается вращение вокруг своей оси и, наконец, зооспоры останавливаются. Происходит прикрепление узким концом к субстрату, зооспоры теряют жгутики, округляются, покрываются оболочкой и превращаются в неподвижную эмбриоспору, которая при благоприятных условиях прорастает без периода покоя. Эмбриоспора превращается в первую клетку гаметофита.

Женские гаметофиты дают начало женскому половому органу - оогонии с яйцеклеткой. На мужских гаметофитах развивается по нескольку антеридиев, с одним антерозоидом - мужской половой клеткой в каждом антеридии. Яйцеклетка выдвигается из оогония и оплодотворяется антерозоидом. Из оплодотворенной яйцеклетки развивается бесполое поколение - спорофит. Стадия гаметофита - половая стадия при благоприятных условиях происходит за 10-12 сут. При неблагоприятных - гаметофиты или погибают, или развитие затягивается на год и более. Продолжительность жизни спорофитов - бесполой стадии у разных видов колеблется от нескольких месяцев до нескольких лет. На спорофитах появляются зрелые спорангии с зооспорами, и цикл развития повторяется сначала.

Промысловых размеров ламинария достигает через 18 мес. после оспоривания посадочно-выростных субстратов. В период сбора урожая на слоевищах начинают появляться спороносные пятна. Зооспоры, созревшие на пластинах ламинарии в спороносной ткани, выходят в воду, оседают на подходящие субстраты и прорастают к январю-февралю (через стадию гаметофита) в молодые спорофиты, достигающие к июлю 2-3 м длины и 20 см ширины. Летом слоевища разрушаются, при этом степень разрушения зави­сит от температуры воды: чем выше температура, тем сильнее разрушение. Так, на севере Приморья, где летом темпе­ратура воды не превышает 15°-17 °С, первогодние слоевища приостанав­ливаются в росте, а на юге Приморья летом температура воды поднимается до 22 °С, поэтому первогодние слоевища часто разрушаются вплоть до черешка.

С осенним охлаждением воды пластины начинают вновь отрастать и достигают товарной зрелости к лету второго года. Осенью на второгод­них пластинах созревают зооспоры, которые затем выходят в воду, чтобы дать жизнь новому поколению. После этого материнские слоевища отмира­ют и цикл заканчивается.

В развитием спорангиев выделяют 6 стадий зрелости спороносной ткани (рис. 2).

Рис. 2. Стадии развития спорангиев (шкала зрелости ):

I - стадия образования парафиз;

II - стадия образования спорангиев;

III - стадия созревания;

IV - стадия зрелости;

V - стадия выхода зооспор;

VI - стадия разрушения

I - стадия образования парафиз. Спороносная ткань занимает незначительную площадь и видна на слоевище только в проходящем свете. На срезе под микроскопом видны только парафизы, представляющие собой веретеновидные короткие и узкие образования длиной до 20 мкм. Слизис­тая шапка на парафизах отсутствует.

П - стадия образования спорангиев. Спороносная ткань занимает большую площадь, видна в отраженном свете. Парафизы сформированы, высота их 70-90 мкм, имеют слизистые шапки, составляющие половину собственной длины. Под покровом парафиз появляется спорангии - овальные образования с недифференцированным внутренним содержанием. Самые крупные достигают в высоту 40 мкм. Слизистое утолщение у них отсутствует. В этот момент в спорангиях имеется по одному покоящемуся ядру.

III - стадия созревания. Спороносная ткань приобретает четкие кон­туры на пластинах и выгладит как нарост толщиной 0,3-0,5 мм. Парафизы образуют возвышения над спорангиями, смыкающиеся слизистыми шапками, имеют булавовидную форму, их размеры достигают 100 мкм. Спорангии увеличиваются до 50 мкм, в их верхней части появляется слизистое утолщение. Происходит несколько делений ядра, одно из которых редукционное, в результате чего образуется 32 зооспоры. Содержимое спорангия пред­ставлено округлыми образованиями от 0,3 до 3 мкм. Такая картина соз­дается за счет слоистости цитоплазмы в этот период.

IV - стадия зрелости. Спороносная ткань хорошо выражена, покры­вает большую часть пластины, достигает толщины 0,5-1 мм. Рост спорангиев завершается, высота их около 70 мкм. Слизистое утолщение появля­ется на всех спорангиях, его максимальная высота 10,4 мкм. Зооспоры полностью сформированы, но еще неактивны, при стимуляции не выходят наружу.

V - стадия выхода зооспор. Спороносная ткань максимально покры­вает пластину, ее толщина равна 1 мм. Спорангии имеют высоту 70-75 мкм, размер слизистого утолщения - 1 мм. Оболочка спорангия растянута и неровная от выпирания поверхностей зрелых зооспор, которые активно выходят при стимуляции непродолжительной подсушки пластин с последующим помещением в морскую воду. На срезах спороносной ткани спорангии распадаются, так как зрелая ткань сильно разрыхлена.

VI - стадия разрушения. Спороносная ткань на пластине теряет ровную блестящую поверхность, становится рыхлой, через нее во многих местах видны ткани семой пластины. На срезах видны пустые спорангии, парафизы, форма которых хорошо просматривается.

Спороносная ткань пригодна для оспоривания, когда большинство ее спорангиев приобретает V стадию зрелости. Спороношение (включая закладку спороносной ткани) происходит при температуре воды 14-12 °С. В течение 20 дней после достижения спороносной тканью наибольшей зрелости, т.е. весь октябрь, температура держится на уровне не ниже 6 °С, что способствует хорошему прорас­танию гаметофита. Поэтому оспоривание субстратов необходимо проводить в период наибольшего созревания спороносной ткани.