Текст книги "Биология. Многообразие живых организмов. Бактерии, грибы, растения. 7 класс"

Часть 1. Царство Бактерии

• Подцарство Настоящие бактерии

• Подцарство Архебактерии

• Подцарство Оксифотобактерии

В царство бактерий (от греч. «бактерион» – палочка) объединяют самых древних обитателей нашей планеты, которых в обиходе часто называют микробами. Эти организмы имеют клеточное строение, но их наследственный материал не отделён от цитоплазмы оболочкой, – другими словами, они лишены оформленного ядра. По размерам большинство из них значительно крупнее вирусов. Царство бактерий на основе важных особенностей жизнедеятельности, и прежде всего обмена веществ, учёные подразделяют на три подцарства: Архебактерии, Настоящие бактерии и Оксифотобактерии.

Изучением строения и особенностей жизнедеятельности микроорганизмов занимается наука микробиология.

Подцарство Настоящие бактерии

Рассмотрим особенности строения бактерий на примере представителей подцарства Настоящие бактерии.

Это очень древние организмы, появившиеся, по-видимому, более 3 млрд лет назад. Бактерии микроскопически малы, но их скопления (колонии) нередко видимы невооружённым глазом. По форме и особенностям объединения клеток в группы различают несколько категорий настоящих бактерий. Кокки имеют шарообразную форму; диплококки состоят из попарно сближенных клеток шаровидной формы; стрептококки образованы кокками, сближенными в виде цепочки; сарцины – скопления кокков, имеющие вид плотных пачек; стафилококки – комплекс кокков в виде виноградной грозди. Бациллы, или палочки, – вытянутые в длину бактерии; вибрионы – дугообразно изогнутые бактерии, а спириллы – бактерии с вытянутой, штопорообразно извитой формой и т. д.

На поверхности клеток бактерий часто имеются жгутики – органоиды движения, с помощью которых они передвигаются в жидкой среде. По своей организации они отличаются от жгутиков и ресничек растений и животных. Некоторые бактерии перемещаются «реактивным» способом, выбрасывая в окружающую среду порцию слизи. Клеточная стенка бактерий построена очень своеобразно и включает соединения, не встречающиеся у растений, грибов и животных. Обычно она достаточно прочна, её основу составляет вещество муреин, представляющее собой смесь полисахаридов и белков. Клеточная стенка многих бактерий сверху покрыта слоем слизи. Цитоплазма окружена мембраной, отделяющей её изнутри от клеточной стенки.

Форма бактерий

Расположение жгутиков у бактерий

В цитоплазме бактерий мембран мало, и они представляют собой не самостоятельные структуры, а впячивания наружной цитоплазматической мембраны. Совсем нет органоидов, окружённых мембраной (митохондрий и пластид). Синтез белков осуществляют рибосомы, имеющие меньший размер, чем у эукариот. Все ферменты, обеспечивающие процессы жизнедеятельности, рассеяны в цитоплазме или прикреплены к внутренней поверхности цитоплазматической мембраны.

Обычно бактерии размножаются делением надвое. Вначале клетка удлиняется, в ней происходит удвоение кольцевой хромосомы, постепенно образуется поперечная перетяжка, а затем дочерние клетки расходятся или остаются связанными в характерные группы – цепочки, пакеты и т. д.

В неблагоприятных условиях, например при повышении температуры или высушивании, многие бактерии образуют споры. При этом часть цитоплазмы, содержащая наследственный материал, выделяется и покрывается толстой многослойной капсулой. Клетка как бы высыхает – процессы обмена веществ в ней прекращаются. Споры бактерий очень устойчивы; они могут сохранять жизнеспособность в сухом состоянии многие годы, а также выживать в организме больного человека, несмотря на активное лечение антибиотиками. Споры бактерий распространяются ветром и другими путями. Попадая в благоприятные условия, спора преобразуется в активную бактериальную клетку.

Схема спорообразования

Размножение бактериальной клетки делением надвое

Для получения энергии разные виды бактерий используют различные источники: органические вещества, неорганические соединения или солнечный свет. Большинство бактерий гетеротрофны (от греч. «гетеро» – разнородный и «трофос» – питаю), т. е. питаются готовыми органическими веществами – гниющими остатками организмов или паразитируют в других организмах, в том числе и на человеке. Некоторые колониальные бактерии, клетки которых соединены мостиками, образуют своеобразные нитчатые структуры в виде ловчих сетей. Передвигаясь, такая колония захватывает мелкие живые организмы (бактерий, простейших и пр.), обволакивает их слизью и переваривает.

Автотрофных бактерий (от греч. «авто» – сам и «трофос» – питаю), которые самостоятельно синтезируют органические вещества из неорганических, немного. Часть из них способна к хемосинтезу – синтезу органических веществ, образующих их тело, из неорганических с помощью энергии окисления неорганических соединений. Другие образуют органические молекулы из неорганических в процессе фотосинтеза, используя энергию солнечного света.

По отношению к кислороду бактерии делятся на аэробов (существующих только в кислородной среде) и анаэробов (существующих в бескислородной среде). Кроме того, известны группы бактерий, живущих как в кислородной, так и в бескислородной среде.

Патогенные бактерии

В природе бактерии распространены чрезвычайно широко. Они населяют почву, играя роль разрушителей органического вещества – остатков погибших животных и растений. Преобразуя органические молекулы в неорганические, бактерии тем самым очищают поверхность планеты от гниющих остатков и возвращают химические элементы в биологический круговорот.

И в жизни человека роль бактерий огромна. Так, получение многих пищевых и технических продуктов невозможно без участия различных бродильных бактерий. В результате жизнедеятельности бактерий получают простоквашу, кефир, сыр, кумыс, а также ферменты, спирты, лимонную кислоту. Процессы квашения пищевых продуктов тоже связаны с бактериальной активностью.

Встречаются бактерии-симбионты (от лат. «сим» – вместе, «биос» – жизнь), которые живут в организмах растений и животных, принося им определённую пользу. Например, клубеньковые бактерии, поселяющиеся в корнях некоторых растений, способны усваивать газообразный азот из почвенного воздуха, превращать его в растворимые соединения и таким образом снабжать эти растения азотом, необходимым для их жизнедеятельности. Отмирая, растения обогащают почву соединениями азота, что было бы невозможно без участия таких бактерий.

Известны хищные бактерии, поедающие представителей других видов прокариот.

Велика и отрицательная роль бактерий. Различные виды бактерий вызывают порчу пищевых продуктов, выделяя в них продукты своего обмена, ядовитые для человека. Наиболее опасны патогенные (от греч. «патос» – болезнь и «генезис» – происхождение) бактерии – источник различных заболеваний человека и животных, таких как воспаление лёгких, туберкулёз, ангина, сибирская язва, сальмонеллёз, чума, холера и др. Поражают бактерии и растения.

Бактерии-симбионты образуют клубеньки на корнях растений

Результат деятельности бактерий – разрушителей древесины

Подцарство Архебактерии*

Архебактерии (от греч. «архиос» – древнейший), возможно, древнейшие из ныне живущих прокариот, а следовательно, и из всех других живых организмов; они появились на нашей планете более 3,8 млрд лет назад.

Всего описано немногим более 40 видов архебактерий. Некоторые из них способны обитать в экстремальных условиях.

Среди архебактерий наиболее известны метанообразующие бактерии, которые в результате обмена веществ выделяют горючий газ метан. Значительную часть метана на Земле (10–15×10⁶ т ежегодно) образует только эта группа прокариот. Обитают метанообразующие архебактерии в строго анаэробных условиях: в затопляемых почвах, болотах, иле водоёмов, очистных сооружениях, рубце жвачных.

Другая группа архебактерий – так называемые галобактерии – организмы, способные к росту при очень высокой концентрации солей. Они живут в солёных озёрах.

Среди архебактерий есть и такие, которые окисляют серу и её неорганические соединения с образованием серной кислоты и поэтому могут быть причиной разрушения каменных и бетонных сооружений, коррозии металлов и др.

Галобактерии

Галобактерии живут в солёных отложениях Мёртвого моря

Серобактерии

Метанообразующие архебактерии обитают в болотах

Подцарство Оксифотобактерии*

Подцарство включает несколько групп бактерий, в частности отдел цианобактерий, нередко называемых синезелёными водорослями. Они очень широко распространены по всему миру. Известно около 2 тыс. видов цианобактерий. Это древние организмы, возникшие около 3 млрд лет назад. Предполагается, что изменения в составе древней атмосферы Земли и обогащение её кислородом связаны с фотосинтетической активностью цианобактерий.

Клетки цианобактерий, по форме округлые, эллиптические, цилиндрические, бочонковидные или иные, могут оставаться одиночными, объединяться в колонии, образовывать многоклеточные нити. Часто они выделяют слизь в виде толстого чехла, окружённого у некоторых форм плотной оболочкой. У некоторых видов нити ветвятся и местами образуют многорядные слоевища. Нитчатые формы цианобактерий, помимо обычных клеток, имеют такие, которые способны усваивать азот атмосферного воздуха, переводя его в состав различных растворимых неорганических веществ. Эти клетки снабжают соединениями азота прочие клетки нити. Жгутиков цианобактерии, в отличие от настоящих бактерий, никогда не имеют. Размножаются цианобактерии обычно путём деления клетки надвое, полового процесса у них нет.

Разные формы цианобактерий

Цианобактерии и архебактерии в горячем источнике

Цианобактерии часто вызывают «цветение» воды в прудах

Цианобактерии образуют зелёные пятна на камнях

Большинство цианобактерий – автотрофные организмы и могут синтезировать все вещества клетки за счёт энергии света. Однако они способны и к смешанному типу питания.

Часто цианобактерии вступают в симбиоз с другими организмами. А в симбиозе с грибами образуют такие организмы, как лишайники.

Большинство видов населяют пресноводные бассейны, немногие живут в морях. При массовом размножении цианобактерии часто вызывают «цветение» воды в прудах, что отрицательно сказывается на жизни обитателей водоёма, так как многие цианобактерии в процессе жизнедеятельности выделяют ядовитые вещества. Кроме того, из-за массовой гибели цианобактерий вода начинает загнивать, появляется неприятный запах. Пить воду из таких водоёмов нельзя. На суше цианобактерии живут в почве, образуют характерные зелёные налёты на камнях и коре деревьев.

Виды рода анабена искусственно разводят в тропиках на рисовых полях для обогащения почвы соединениями азота. Благодаря азотфиксирующим свойствам этой бактерии, обитающей в полостях листьев водного папоротника азоллы, рис может долго расти на одном и том же месте без внесения удобрений. Некоторые цианобактерии в странах Востока используют в пищу.

Микрофотографии различных цианобактерий

Вопросы и задания

1. Каковы особенности строения бактериальной клетки? Какие химические вещества образуют тело бактерий?

2. Назовите основные формы бактериальных клеток.

3. Как перемещаются бактерии?

4. Используя материал учебника, составьте таблицу и внесите в неё группы бактерий и способы получения ими энергии.

5. Встречаются ли среди бактерий хищники?

6. Какую систематическую группу образуют архебактерии?

7. Какие организмы называют аэробами? Почему? В чём их отличия от анаэробов?

8. Перечислите особенности строения клеток цианобактерий.

9. Как размножаются бактерии?

10. Как вы думаете, почему бактерии считают наиболее древними организмами?

11. Обсудите в классе, как можно предотвратить цветение водоёмов.

12. Составьте развёрнутый план параграфа.

Работа с компьютером

Обратитесь к электронному приложению. Изучите материал и выполните предложенные задания.

Интернет-ссылки

1. http://artsiz.ucoz.ua/publ/shkolnikam_na_zametku/prokarioty/2-1-0-1 (Общая характеристика прокариот)

2. http://www.worldofnature.ru/dia/?act=viewcat&cid=578 (Прокариоты: информация и иллюстрации)

Бактерии – микроскопические одноклеточные организмы, не имеющие ядра. По форме делятся на кокки, бациллы, вибрионы, спириллы и др. Большинство прокариотических организмов питается отмершими остатками организмов, но встречаются паразиты, симбионты, хищники и автотрофы. Многие бактерии способны усваивать азот из воздуха. Бактерии обеспечивают процесс брожения, в результате которого человек получает многие полезные продукты питания. Ряд патогенных бактерий вызывает тяжёлые заболевания человека и животных.

Часть 2. Царство Грибы

• Отдел Хитридиомикота

• Отдел Зигомикота

• Отдел Аскомикота, или Сумчатые грибы

• Отдел Базидиомикота

• Группа Несовершенные грибы

• Отдел Оомикота

• Группа Лишайники

Современные биологи относят грибы к самостоятельному царству организмов, которые существенно отличаются от растений и животных.

Изучением царства грибов, включающего не менее 100 тыс. видов, занимается наука микология (от греч. «микос» – гриб, «логос» – учение).

Учёные полагают, что грибы представляют собой сборную группу организмов, имеющих различное происхождение. Не исключено, что грибы – одни из первых эукариот, однако их ранняя история практически неизвестна. Подавляющее большинство современных грибов обитает на суше. Однако древнейшие грибы, очевидно, были пресноводными или морскими организмами.

Грибы лишены пигмента, обеспечивающего фотосинтез, – хлорофилла и являются гетеротрофами. Некоторые свойства грибов сближают их с животными: в качестве запасного питательного вещества они накапливают в клетках гликоген, а не крахмал, как растения; в состав клеточной оболочки входит хитин, сходный с хитином членистоногих; в качестве продукта азотистого обмена веществ образуют мочевину. С другой стороны, по способу питания (путём всасывания, а не заглатывания пищи), по неограниченному росту и неподвижности они напоминают растения.

Отличительный признак грибов – строение их вегетативного тела. Это грибница, или мицелий, состоящий из тонких ветвящихся нитевидных трубочек – гиф.

Шляпочные грибы

Грибы по строению разнообразны и широко распространены в различных местах обитания. Их размеры колеблются в широких пределах: от микроскопически малых (одноклеточные формы – дрожжи) до крупных экземпляров, тело которых в диаметре достигает полуметра и более (это, например, крупные шаровидные дождевики, а также съедобные грибы – белый, подберёзовик и др.).

Грибница, или мицелий, обладает огромной площадью поверхности, через которую поглощает питательные вещества. Часть грибницы, расположенная в почве, носит название почвенной грибницы. Наружная часть – то, что мы обычно называем грибом, – тоже состоит из гиф, но очень плотно переплетённых. Это – плодовое тело гриба. На нём формируются органы размножения.

У большинства грибов мицелий разделён перегородками на отдельные клетки. В перегородках имеются поры, через которые сообщается цитоплазма соседних клеток. Объединяясь в пучки, гифы образуют крупные тяжи, иногда достигающие в длину нескольких метров. Такие тяжи выполняют, в частности, проводящую функцию. В ряде случаев плотные переплетения гиф образуют утолщения, богатые запасными питательными веществами, обеспечивают выживание гриба в неблагоприятных условиях, когда основная часть грибницы погибает. Из них в подходящих для существования условиях вновь развивается мицелий.

Строение гриба

Грибная клетка, как правило, имеет хорошо выраженную клеточную стенку. В цитоплазме расположено значительное число рибосом и митохондрий, аппарат Гольджи развит слабо. В вакуолях часто можно обнаружить гранулы белков. Большое количество включений представлено гранулами гликогена и каплями жира. Наследственный, или генетический, аппарат клетки сосредоточен в ядрах, число которых колеблется от одного до нескольких десятков.

Некоторые одноклеточные грибы, например дрожжи, имеют тело, образованное одной почкующейся клеткой. Если отпочковавшиеся дочерние клетки не расходятся друг от друга, образуется мицелий, состоящий из нескольких клеток.

Грибы размножаются в основном бесполым путём – спорами либо вегетативно – частями мицелия. Споры развиваются на специализированных гифах – спорангиеносцах, поднимающихся над почвой или другими субстратами. Имеется также половое размножение.

Облако спор, образованных грибами

Гифы грибов в почве

Схема строения клетки гриба

Между корнями деревьев и грибницей некоторых грибов устанавливается тесная связь, полезная как грибу, так и растению, – возникает симбиоз. Нити грибницы оплетают корень и даже проникают внутрь его, образуя микоризу (от греч. «микос» – гриб и «риза» – корень). Грибница поглощает из почвы воду и растворённые минеральные вещества, которые поступают из неё в корни деревьев. Таким образом, грибница может частично заменять деревьям корневые волоски. Из корней растения грибница, в свою очередь, получает органические вещества, необходимые ей для питания и образования плодовых тел.

В хозяйственной деятельности человека грибы играют и положительную, и отрицательную роль. Большое значение в пищевой промышленности имеют дрожжи, вызывающие процесс брожения. Многие грибы образуют биологически активные вещества, ферменты, органические кислоты. Их используют в микробиологической промышленности для производства лимонной и других органических кислот, а также ферментов и витаминов. Ряд видов, например спорынью, чагу, используют в качестве сырья для получения лекарственных препаратов.

Грибы традиционно употребляют в пищу. На территории нашей страны встречается свыше 150 видов съедобных грибов, но широко используется лишь несколько десятков.

Известны грибы – возбудители заболеваний человека, например микоза стоп и кистей, ногтей. Некоторые грибы служат причиной болезней домашних животных, нанося вред животноводству. Пример такого грибкового заболевания – стригущий лишай. Многие грибы вызывают болезни растений – трутовики на деревьях, спорынья злаков и др.

Половое размножение базидиомицетных грибов

Возбудители – грибы хитридиомикота

Спорангии со спорами

В царство грибов микологи включают несколько отделов: Хитридиомикота, Зигомикота, Оомикота, Аскомикота и Базидиомикота. Наиболее крупные из них – Аскомикота и Базидиомикота.

Отдельную группу образуют Несовершенные грибы, которые размножаются только бесполым путём или вегетативно и никогда не образуют плодовых тел.

Отдел Хитридиомикота*

Мицелий у большинства представителей отдела Хитридиомикота отсутствует. Это преимущественно одноклеточные и микроскопические формы, и тело их, как и многих других внутриклеточных паразитов, живущих в цитоплазме клеток хозяина, представлено голой цитоплазматической массой. Они обычно тесно связаны с водной средой. Многие из них паразитируют на водорослях, высших водных растениях, других водных грибах, а также на беспозвоночных животных. Некоторые виды паразитируют на корнях высших наземных растений, главным образом во влажной почве. Значительно меньшая часть видов хитридиомикота развивается на растительных остатках и трупах животных.

Отдел Зигомикота

Почти все представители этого отдела – одноклеточные организмы, ведущие наземный образ жизни. Среди них есть и виды, разлагающие органические остатки, и паразиты высших грибов, насекомых, других животных и человека.

Наиболее широко известен род Мукор. Мукоровые грибы питаются на навозе, за счёт растительных остатков; некоторые паразитируют на животных, растениях и человеке. Именно мукоровые грибы образуют белый или серый налёт (плесень) на пищевых продуктах: хлебе, варенье, овощах.

Пилобол на навозе

Мукор на хлебе

Мортирелла

Отдел Аскомикота, или Сумчатые грибы

Аскомикота – один из наиболее обширных отделов (около 30 тыс. видов). Своё название они получили благодаря образованию замкнутых структур – сумок (асок), содержащих споры. К отделу Аскомикота относят, в частности, дрожжи, представленные одиночными почкующимися клетками, многочисленные многоклеточные грибы с крупными плодовыми телами, например сморчки́ и строчки́.

Представители аскомикота широко распространены во всех природных зонах и регионах. По способу питания это гетеротрофы, обитают они в почве, лесной подстилке, на различных растительных субстратах и питаются гниющими остатками. Одни виды аскомикота развиваются на субстратах животного происхождения, другие участвуют в разложении растительных остатков, содержащих целлюлозу, до неорганических молекул.

Многие виды аскомикота образуют вещества, применяемые в медицине для лечения инфекционных заболеваний (антибиотики), ферменты, органические кислоты и используются для их промышленного получения.

Широко используемая человеком группа из отдела Аскомикота – дрожжи. Важно отметить, что среди дрожжей нет видов, образующих токсические для человека вещества. При порче пищевых продуктов, вызываемой дрожжами, меняются вкус и внешний вид, но не накапливаются вредно действующие вещества, как это отмечается у ядовитых грибов и бактерий. Пекарские дрожжи существуют только в культуре. Они представлены сотнями рас: винными, хлебопекарными, пивными и спиртовыми.

Сумка (аска) со спорами

Дрожжи

Большой практический интерес представляют виды рода Спорынья. Большинство из них паразитирует на злаках. На поражённых спорыньёй колосьях злаков хорошо заметны склероции – плотные сплетения гиф, имеющие вид рожков чёрно-фиолетового цвета. Склероции зимуют в почве, куда они попадают с культурных злаков при уборке урожая или с дикорастущих растений, встречающихся по краям полей. Весной склероции прорастают плотными сплетениями гиф, по периферии которых образуются плодовые тела. В них формируются споры, заражающие злаки в период цветения.

Клетки спорыньи содержат высокотоксичные (ядовитые) вещества, что может вызвать отравление при их попадании в муку или в корм для животных. Вещества, выделяемые из спорыньи, широко применяют в современной медицине для лечения сердечно-сосудистых, нервных и других заболеваний. Особенно эффективны они в акушерско-гинекологической практике.

Некоторые представители аскомикота, например сморчки и трюфели, съедобны.

Спорынья

Сморчок

Строчок

Трюфели