Аквариум в школе
Шрифт:
Школьная программа по биологии предусматривает изучение двух групп водорослей: зеленые водоросли (с представителями учащиеся знакомятся при изучении курса ботаники в VI классе), и сине-зеленые водоросли (обзорно учащиеся знакомятся с ними при изучении темы «Строение и функции клетки» в курсе общей биологии X класса).
Так как сине-зеленые водоросли эволюционно более древние организмы, приведем их описание вначале.
Сине-зеленые водоросли. Название этих микроскопических организмов связано с окраской. Сине-зеленые водоросли никогда не бывают чисто-зеленого цвета. Кроме хлорофилла, они имеют пигменты, окрашивающие их в сине-зеленый, фиолетовый, розовый, желто-зеленый цвет (фикоциан, фикоэритрин, каротин). Сине-зеленые водоросли, как и бактерии, не имеют четко оформленного ядра. Отсутствуют у них и настоящие хроматофоры. Половой процесс отсутствует. Одноклеточные формы размножаются делением клетки пополам, колониальные и многоклеточные— распадом нити на участки (гормогонии).
Особенность сине-зеленых водорослей — способность поглощать из окружающей среды свободный азот, тогда как другие растения усваивают этот необходимый элемент только в связанном виде. Эта особенность находит практическое применение в Социалистической Республике Вьетнам, Китае, Японии. Водоросль анабена используется там в качестве зеленого удобрения на рисовых полях, но добывают ее не в чистом виде, а вместе с водяным папоротником азоллой. Водоросль и папоротник образуют симбиоз. Анабена поселяется внутри полости папоротника. Нити водоросли бурно развиваются в этих полостях и выделяют особый секрет, который, в свою очередь, способствует усиленному росту папоротника. Возможно, что продукты выделения водорослей содержат необходимые папоротнику гормоны. Этот симбиотический организм очень быстро размножается. За 1 месяц на 1 га он образует до 50 т зеленой массы, которая содержит 120 — 140 кг азота, более 30 кг фосфора и 72 кг кальция. В итоге использования зеленой массы урожай риса повышается на 30 — 50 % по сравнению с урожаем на неудобренных полях.
Некоторые сине-зеленые водоросли, например носток сливовидный, в связи с широким содержанием протеинов употребляются в пищу народами Востока (Япония, Ява, Боливия). В народной медицине прошлых столетий успешно применялись при ушибах примочки из ностока.
Вместе с тем в период интенсивного размножения сине-зеленые водоросли выделяют в воду ядовитое вещество, вызывая ухудшение качества воды и гибель рыб. Некоторые виды водорослей показывают степень загрязненности воды при ее биологическом анализе.
При очистке аквариума с помощью шланга никогда не следует всасывать в него воду ртом, как это иногда делают аквариумисты-любители. Вода, насыщенная сине-зелеными водорослями, может вызвать отравление.
В уголке живой природы учащиеся могут наблюдать условия, при которых сине-зеленые водоросли лучше развиваются. Для этого нужно собрать в отдельные сосуды колонии сине-зеленых водорослей, которые поселяются в виде пленок на поверхности воды или стенках аквариума. Сосуды содержат в условиях разного режима температуры и освещения. Роль органических веществ для развития сине-зеленых водорослей можно установить, используя воду из разных аквариумов, более и менее загрязненных.
Интерес для учащихся представляет рассматривание сине-зеленых водорослей под микроскопом. При этом можно видеть, что цитоплазма их клеток разделена как бы на два слоя. Наружный слой насыщен зернистым пигментным веществом, за счет которого он окрашен в различные оттенки сине-зеленого цвета. Внутренний слой не содержит пигментов. В нем сосредоточено ядерное вещество.
В качестве демонстрационного материала сине-зеленые водоросли могут быть представлены (под 2 — 3 микроскопами) на соответствующем уроке в X классе. В результате их просмотра учащиеся убедятся в том, что у этих растений, стоящих на низком уровне организации, отсутствует ядро.
Зеленые водоросли. Зеленые водоросли окрашены в чисто-зеленый цвет. В их хроматофорах, кроме хлорофилла, содержатся каротин и ксантофилл, но хлорофилл преобладает. Клетки всех водорослей (одноклеточных, колониальных и нитчатых) имеют одно или несколько ядер. Зеленые водоросли запасают в клетках в основном крахмал. Размножение вегетативное, бесполое и половое.
Значение зеленых водорослей в природе и жизни человека огромно. Прежде всего они производят кислород и очищают воду в природных водоемах. Колоссальна роль зеленых водорослей в переработке углекислоты и биогенных элементов, растворенных в воде, а также в синтезе органических веществ. В последнее время пытаются получать из зеленых водорослей питательные продукты. Сухая масса хлореллы содержит большой набор незаменимых аминокислот и ценных витаминов. В настоящее время в ряде стран, в том числе и в СССР, ведутся работы по совершенствованию установок, снижающих себестоимость производства биомассы из планктонных водорослей. Это позволит широко использовать водоросли в качестве кормов сельскохозяйственных животных.
Зелеными водорослями, особенно харовыми, питаются некоторые промысловые животные: птицы, рыбы, раки. Было установлено, что хара встречается в желудке широкопалого рака в 40 % случаев, а в желудке длиннопалого — в 70 %. В период частых линек (первый год жизни) раки потребляют харовые водоросли в 2 — 6 раз чаще, чем в последующие годы. Благодаря содержанию в харах большого количества кальция они способствуют более быстрому накоплению этого элемента в гастролитах рака. Гастролиты участвуют в процессе линьки и роста рака. Используют зеленые водоросли и в медицине. Из хлореллы выделяют вещество хлореллин, подавляющий развитие ряда болезнетворных бактерий. В народной медицине пользовались компрессами из нитчатых водорослей в качестве болеутоляющего средства. В годы Великой Отечественной войны успешно применялась вата из кладофоры. Последняя хорошо переносит стерилизацию и отбелку. Имеются сведения, что харовые водоросли подавляют развитие личинок малярийного комара.
Зеленые водоросли используют в сельском хозяйстве в качестве удобрений. В ряде мест харовые водоросли применяют для известкования полей.
Крупные клетки нителлы (рис. 1) используют как модель для изучения внутриклеточных процессов в научных исследованиях, так как многие процессы в клетке нителлы типичны для всех клеток живых существ. На клетках нителлы изучают распределение внутриклеточного электрического потенциала, проницаемость оболочки для разных питательных веществ и избирательность оболочки к этим веществам.
Из водорослей изготовляют войлок, теплоизоляционный и водонепроницаемый материалы, картон, низшие сорта бумаги. Из кладофоры биохимически можно получать спирт и ацетон.
В школьном аквариуме хорошо живут с лета до весны спирогира, кладофора, нителла, улотрикс, мужоция, зигнема. Их можно использовать в учебном процессе. Найти в природе эти водоросли не трудно.
Спирогира — одна из самых распространенных нитчатых водорослей. Растет в стоячих и медленно текущих водах. Ведет неприкрепленный образ жизни. Длинные неветвящиеся и скользкие нити ее таллома переплетены в клубки ярко-зеленого цвета, образуя так называемую тину. В тине вместе со спирогирой встречаются зигнема и мужоция.
Кладофора — широко распространенная водоросль. Ее таллом состоит из многоразветвленных жестких нитей в виде подводного кустика. На нитях нет слизи.
Нителла и другой близкий ей вид — хара — по форме напоминают высшие растения (хвощ или роголистник). Их таллом разрастается в виде стебелька и мутовчато отходящих от него веточек, которые, в свою очередь, тоже ветвятся. Стебелек харовых достигает нескольких десятков сантиметров и разделен узлами на междоузлия. Обитают харовые в виде хрупких дернинок на дне спокойных чистых вод. Хара плохо адаптируется в аквариумах, так как предпочитает сильно известкованную воду. Изучение ее строения затруднено тем, что таллом этой водоросли покрыт корочкой извести. Соли кальция в составе минеральной золы хары составляют до 55 % по массе. Поэтому для школьного аквариума больше подходит нителла. Ее узнают по нежно-зеленым зарослям (рис. 1).