Практикум по систематике. Министерство образования и науки российской федерации
 Скачать 23.75 Mb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Чувашский государственный университет имени И. Н. Ульянова» Г. С. Лялин, О. Е. Насакин СИСТЕМАТИКА РАСТЕНИЙ Лабораторный практикум Учебное пособие Чебоксары 2012 ББК 28.5с УДК 58 Л 972 Рецензенты: д-р биол. наук, профессор, декан факультета естествознания и дизайна среды ФГБОУ ВПО «Чувашский государственный педагогический университет имени И. Я. Яковлева» В. А. Алексеев; д-р биол. наук, профессор кафедры земледелия ФГОУ ВПО «Чувашская государственная сельскохозяйственная академия» Н. А. Кириллов. Лялин Г. С., О. Е. Насакин Л 972 Учеб. пособие. Систематика растений: лаб. практикум: Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 2012. ISBN 5- В пособии в соответствии с программой курса ботаники для фармацевтических факультетов рассмотрены основные отделы, классы и семейства низших и высших растений. Характеристика семейств проведена на основе морфологического и анатомического анализа вегетативных и репродуктивных органов фармакопейных видов. Для студентов II курса химико-фармацевтического факультета. Отв. редактор д-р хим. наук, профессор А.Н. Лыщиков Утверждено Учебно-методическим советом университета ISBN 5- УДК 58 © Издательство Чувашского университета, 2012 © Лялин Г. С., 2012 Предисловие Учебное пособие составлено в соответствии с программой по курсу ботаники для студентов фармацевтических отделений. Ботаника является базовой дисциплиной для фармакогнозии и связи с этим при отборе материала особое внимание уделено тем семействам, которые содержат фармакопейные роды и виды. Характерные особенности семейства показаны на морфологических, анатомических и других признаках важнейших фармакопейных видов. При описании покрытосеменных пропущены характеристики порядков, потому что студенты в процессе лабораторных занятий и полевой практики при определении и описании видов больше всего соприкасаются признаками семейства. Характеристка семейства приводится на примере признаков 1 – 2 лекарственных видов растений, а остальные фармакопейные виды студенты должны самостоятельно анализировать по плану и выделить главнейшие морфологические черты конкретных растений. Необходимость подготовки данного пособия обусловлено тем, что для студентов фармацевтического отделения нет методической литературы для подготовки к практическим занятиям. I. ЦАРСТВО ПРОКТИСТЫ Низшие растения Весь растительный мир делится на низшие и высшие растения. Низшие растения – одноклеточные, колониальные и многоклеточные организма. Некоторые низшие организмы имеют неклеточное строение. Размеры низших растений различны: от микроскопически малых до десятки метров. Тело низших растений называют талломом, или слоевищем. У многих низших растений, кроме хлорофилла, имеются другие пигменты, маскирующие хлорофилл и придающие им иную окраску (красную, сине-зеленую, бурую). Среди низших растений есть большие группы бесхлорофилльных организмов, гетеротрофно питающихся мертвыми органическими веществами или использующих органические вещества живых организмов. Есть также небольшая группа организмов, питающихся автотрофно, но не имеющих хлорофилла и использующих для создания органических соединений энергию экзотермических химических реакций. Основной средой обитания низших растений является вода, однако многие из них приспособились к жизни в воздушной среде во влажных условиях. Только незначительная часть низших растений приспособились к жизни в засушливых условиях, но в таком случае вегетация происходит урывками в дождливое время. Низшие являются самыми древними растениями, появившимися на Земле. Из низших растений рассмотрим зеленые, бурые, красные водоросли, грибы и лишайники. I. ПРОКТИСТЫ – ВОДОРОСЛИ Оборудование и материалы: микроскоп, предметные и покровные стекла, препаровальные иглы, вода в стаканчике, постоянные препараты вольвокса, спирогиры, спиртовой материал водорослей, гербарий зеленых, красных и бурых водорослей, пинцеты, стеклянные палочки. Водоросли – обширная группа низших растений, обитающих в морях, озерах, прудах, наземных условиях с повышенной влажностью. Водоросли – понятие экологическое, а не систематическое. Размеры тела водорослей различны – от микроскопически малых до крупных, достигающих иногда десятков метров в длину. Все водоросли – автотрофные организмы. Их клетки содержат хлорофилл и другие пигменты, от которых зависит окраска тела водорослей. Вегетативное тело водорослей называется талломом или слоевищем. Среди водорослей есть одноклеточные организмы, колониальные, многоклеточные. Размножаются водоросли вегетативно (частями тела), бесполым (зооспоры и другие типы спор) и половым способами. I.1. Отдел Зеленые водоросли – Chlorophyta Представители отдела характеризуются зеленой окраской хлоропластов, зависящей от преобладания хлорофиллов «а» и «b» над каротиноидами. Запасное вещество в клетках откладывается крахмал внутри хлоропласта – вокруг пиреноида и в строме. Клетка зеленых водорослей покрыта целлюлозной оболочкой. У многих зеленых водорослей наблюдается чередование половой и бесполой генераций, имеющей приспособительный характер: бесполое размножение обеспечивает образование потомства при оптимальных условиях среды; половой процесс сохраняет воспроизводительную способность в критические периоды существования. Наиболее примитивные одноклеточные и колониальные организмы, обладающие жгутиками и активно подвижные на протяжении всей жизни (хламидомонада, вольвокс). Многоклеточные водоросли характеризуются полным отсутствием подвижных стадий на протяжении всего жизненного цикла (спирогира). Задание
Хламидомонада (р. Chlamydomonas) (рис.1, а). Пипеткой берут каплю воды с хламидомонадами, помещают ее на предметное стекло и, накрыв покровным стеклом, рассматривают при малом и большом увеличениях. Живые хламидомонады во множестве снуют во всех направлениях в капле воды. Хламидомонада двигается при помощи двух плазматических жгутиков, выходящих из переднего конца клетки. Клетки имеют овальную форму, заканчивается носиком, от которого отходят два жгутика. Хроматофор чашевидной формы, с пиреноидом. В цитоплазме видно ядро, красный глазок и две вакуоли.  Рис. 1. Зеленые водоросли. А – хламидомонада: 1 – пигментный глазок, 2 – жгутики, 3 – пульсирующая вакуоль, 4 – ядро, 5 – цитоплазма, 6 - хлоропласт, 7 – пиреноид; б – колониальная водоросль вольвокс: внутри материнской колонии видны дочерние. Размножается хламидомонада бесполым способом путем образования зооспор. При этом возникает колония клеток, окруженная слизистой массой. Затем клетки освобождаются от слизи и приобретают подвижность. Они особенно обильно развиваются весной и летом в теплой, хорошо прогретой солнцем воде канав и других стоячих водоемов с глинистым дном. При пересыхании водоема, наступлении холодов хламидомонада переходит к половому процессу. При половом процессе возникают гаметы, которые попарно копулируют (сливаются). Зарисовывают хламидомонаду и сделают обозначения. Вольвокс (Volvox)(рис. 1, б)– колониальный организм, обитатель озер и прудов с чистой водой, где в жаркий период лета он может вызвать цветение воды. Рассматривают постоянный препарат вольвокса. Колония вольвокса размером 2-3 мм имеет форму полого шара. Стенка шара состоит из одного слоя клеток, соединенных слизистыми оболочками. Цитоплазменные отростки соседних клеток соответствуют друг другу и связаны между собой плазмодесмами. Клетки, составляющие колонию, имеют сходное с хламидомонадой строение. Наружу от каждой клетки направлено по паре жгутиков. Внутри колонии скапливаются слизь и молодые дочерние колонии, возникающие бесполым путем из крупных клеток, которые позднее выходят в воду через разрыв стенки материнской колонии. Водоросль постоянно находится в движении; она вращается вокруг собственной оси (вольвокс в переводе означает «волчок») и совершает поступательное движение к источнику света. Зарисовывают колонию вольвокса и делают обозначения. Используя постоянные препараты и фиксированный материал, рассматривают строение тела нитчатой многоклеточной водоросли – спирогиры (Spirogyra) (рис. 2). При малом увеличении микроскопа видно, что таллом спирогиры имеет нитевидную форму и состоит из одного ряда клеток. Более детально строение клетки изучают при большом увеличении микроскопа.  Рис. 2. Чередование поколений и смена ядерных фаз у зеленой водоросли спирогиры: 1 – часть таллома, 2 – 4 – последовательные стадии коньюгации, 4 – 5 – зигота, 6 – зигота с четырьмя гаплоидными ядрами, возникшими в результате мейоза, 7 – зигота с одним функционирующим гаплоидным ядром (остальные отмерли), 8 – прорастание зиготы, 9 – клеточная стенка, 10 – цитоплазма, 11 – ядро, 12 – хлоропласт, 13 – пиреноид, 14 – вакуоли Клетки спирогиры покрыты оболочкой из клетчатки и с поверхности одеты слизистым футляром, который удобнее рассмотреть в местах соединения клеток. Здесь видно, что слизь одевает клетки общим покровом. Цитоплазма прижата к клеточным оболочкам и хорошо видна. В центре клетки, в цитоплазматическом мешочке, находящемся на цитоплазматических тяжах, подвешено ядро, имеющее округлую или линзовидную форму, на нем видно ядрышко. Ядро и ядрышко видны без окрашивания. Между нитями цитоплазмы расположены вакуоли. В постенном слое цитоплазмы находятся хроматофоры. Хроматофоры в виде одной или многих лент опоясывают клетку по спирали. По средней линии хроматофора расположены пиреноиды, окруженные крахмальными зернами. После знакомства со строением клетки переходят к изучению полового процесса – конъюгации у спирогиры. Конъюгация чаще всего происходит между клетками двух нитей, лежащих в непосредственной близости друг к другу. При этом на боковых стенках клеток появляются бугорки, которые, разрастаясь, превращаются в выросты, сталкивающиеся друг с другом. В месте соприкосновения оболочки растворяются, в результате чего образуется канал. Одновременно содержимое клеток начинает отставать от оболочки и из одной клетки переливается в другую, сливается с ее протопластом и образует зиготу. Две нити, клетки которых конъюгируют, напоминают лестницу, поэтому конъюгацию этого типа называют лестничной. При отсутствии живой спирогиры, находящейся в состоянии конъюгации, используют постоянный препарат. При малом увеличении находят нити, расположенные параллельно друг другу. У каждой пары нитей видны отростки с канальцами внутри, соединяющие между собой соседние клетки как бы перемычками. Они образовались путем выростов двух клеток, у которых стенки в местах соприкосновения растворились. Через канальцы содержимое клеток одной нити (мужской) переходят в клетку соседней на вид одинаковой нити (женской). В результате слияния двух протопластов образуется новая клетка – зигота. После покоя ядро зиготы делится мейозом. Из образовавшихся четырех гаплоидных ядер три разрушаются, а из оставшегося вырастает новая спирогира. Спирогира обитает в пресных водоемах, представлена большим количеством видов. Это нитчатые многоклеточные неприкрепленные водоросли изумрудно-зеленого цвета, слизистые на ощупь, образующие большие скопления тины, состоящей из длинных параллельно расположенных нитей. Зарисовывают нить спирогиры с несколькими клетками и в состоянии конъюгации. I.2. Отдел Бурые водоросли – Phaeophyta Бурые водоросли – преимущественно обитатели холодных морей, где они образуют мощные заросли. Все они многоклеточные, покрытые слизью. Величина бурых водорослей от нескольких миллиметров до 60 м и более. Они имеют вид лент, кустиков, пластинок. У некоторых имеются талломы, дифференцированные как бы на стебельчатую и листовидную части. Они нередко похожи на миниатюрные деревья, за что их называют морскими пальмами (рис. 3). Клетки бурых водоослей имеют сильно ослизняющиеся стенки, содержат все характерные органоиды, одну или много вакуолей. Для водорослей этого отдела характерны хлоропласты, окрашенные в бурый цвет, благодаря тому, что помимо хлорофиллов «а» и «с» (хлорофилл «в» отсутствует) и β-каротина имеется избыток бурых пигментов: ксантофиллов и особенно фукоксантина. В связи с различным количественным соотношением пигментов бурые водоросли имеют окраску от почти чисто-зеленой до темно-бурой. Запасной полисахарид – ламинарин – откладывается вне хлоропласта в цитоплазме. Помимо ламинарина запасными продуктами служат шестиатомный спирт манит и жиры. Зооспоры и гаметы имеют жгутики и глазок. Бурые водоросли размножаются бесполым и половым способами. Вегетативное размножение осуществляется участками таллома. Бесполое размножение происходит посредством гаплоидных зооспор, прорастающих в гаплоидные половые растения – гаметофиты, на которых образуются половые органы. Половой процесс изогамный, гетерогамный и оогамный. Зигота без периода покоя прорастает в ди- плоидное растение.  Рис. 3. Бурые водоросли: а – фукус; б – саргассум; в – нереоцистис; г – макроцистис; д – ламинария пальчатая Задание 1. Рассмотреть внешний вид, форму и размеры таллома многоклеточной бурой водоросли ламинарии сахарной или ламинарии японской (по гербарным образцам, таблицам, спиртовому материалу). По таблицам и рисункам в учебнике и таблице сравнить размеры спорофита и гаметофита ламинарии. Слоевища (пластины) бурых водорослей ламинарии сахаристой (Laminariasaccharica) (рис. 4), ламинарии пальчаторассеченной (L. digitata) (рис. 3, д), ламинарии японской (Laminariajaponica) (рис. 5) и другие виды из сем. ламинариевых – Laminariaceae, собранные с июня по октябрь и высушенные, используют в качестве лекарственного средства и лекарственного сырья. Ламинария, или морская капуста (несколько видов) – крупная морская прибрежная водоросль, распространена в северных и дальневосточных морях. Слоевище ламинарии состоит из пластины, «ствола» и ризоидов. Ризоид ламинарии – крупное ветвистое корнеподобное образование, крепко внедряющееся в грунт. Различаются виды по форме пластин. У ламинарии сахаристой (рис.4) пластины многолетние, линейные, с волнистыми (гофрированными) краями, длиной до 7 м, шириной 5 – 40 см.  Рис. 4. Цикл развития ламинарии сахаристой: 1 – зрелый спорофит (а – стволик, или ножка с ризоидами; б – листовидная пластинка; в – зооспорангии с зооспорами); 2 – женская зооспоран и ее прорастание; 3 – мужская зооспора и ее прорастание; 4 – женский гаметофит; 5 – оогоний; 6 – яйцеклетка; 7 – мужской гаметофит; 8 – антеридий; 9 – сперматозоиды; 10 – зигота и ее деление; 11- развивающийся спорофит Ламинарии образуют заросли на камнях и скалах в прибрежных зонах морей и океанов на глубине от 2 до 25 (35) м, в местах с постоянным движением воды. В России ламинария японская растет вдоль берегов Япон- ского и Охотского морей, в Тихом океане – вдоль берегов южных Курильских островов и Сахалина, а л. сахаристая и л. пальчаторассеченная распространены вдоль берегов Белого, Баренцова и Карского морей. У ламинарии японской (рис. 5) пластины линейные, ланцетовидные или широколанцетовидные, цельные, длиной до 6 м (реже 10-12 м) и шириной 10 – 35 см, со слегка ассимметричным клиновидным основанием и широкой, толстой срединной полосой по продольной оси, ограниченная по краям двумя продольными складками. Слизистые ходы в пластине расположены между сердцевиной и корой, часто в 2 ряда, особенно в срединной полосе. Ствол длиной 3 – 70 см и около 1 см в диаметре, цилиндрический или уплощенный, плавно переходит в пластину; всегда имеются слизистые ходы. Ризоиды также со слизистыми ходами.  Рис. 5. Ламинария японская Спорангии образуются с июля по октябрь на одной или обеих сторонах пластины. При низкой температуре (+5о) зооспоры могут плавать двое суток и погибают, если за это время не находят места для прикрепления. Из зооспор развиваются микроскопические раздельнополые гаметофиты. Женские гаметофиты многоклеточные или одноклеточные, мужские – всегда многоклеточные. При оптимальных условиях гаметофиты образуют гаметы через 2 – 4 недели. В каждом гаметангии образуется по 1 гамете. Мужские гаметы мелкие, с двумя жгутиками, женские гаметы (яйцеклетки крупные, неподвижные. При созревании яйцеклетка выходит из оогония и прикрепляется снаружи к краям его отверстия. В таком положении происходит оплодотворение и развитие макроскопического слоевища спорофита. Проростки спорофитов появляются в марте. Наиболее они интенсивно растут в длину при 0 – 13о. С прогревом воды скорость роста замедляется, но ускоряются накопление в слоевище сухих веществ. Поэтому к концу лета повышается их промысловая ценность. Продолжительность жизни слоевищ – около двух лет. В сентябре – октябре каждого года, после выхода зооспор, пластина разрушается. В верхней части «ствола» находятся клетки, способные к делению. За их счет ежегодно образуется пластина. Ламинария японская считается самым ценным промысловым видом среди бурых водорослей. Она обладает наилучшими вкусовыми качествами. Ее пластина толще и менее жесткая, чем у других видов рода ламинария. Рассматривают гербарные экземпляры ламинарии сахаристой, л. японской и л. пальчатой и зарисовывают. I.3. Отдел Красные водоросли (багрянки) – Rhodophyta Красные водоросли, или багрянки (рис. 6) в подавляющем большинстве многоклеточные организмы сложного морфологического и анатомического строения, и очень немногие, наиболее примитивные, имеют слоевище одноклеточное или колониальное. Таллом багрянок достигает в длину от нескольких см до метра. Красные водоросли содержат в своих хлоропластах хлорофилл а и b, каротин а и β, ксантофиллы и специфические пигменты билипротеины – красный фикоэритрин, синий фикоциан. Различное сочетание этих пигментов определяет окраску багрянок, которая меняется от ярко-красной до голубовато-зеленой и желтой. Продуктом ассимиляции у них служит багрянковый крахмал, отличающийся от крахмала цветковых растений и близкий к амилопектину и гликогену.  Рис. 6. Красные водоросли: а – каллитамнион; б – делессерия Внешне слоевище красных водорослей весьма разнообразны, часто красивы и причудливы. Встречаются формы нитевидные и пластинчатые, цилиндрические и корковидные, пузыревидные и кораллоподобные, в разной мере рассеченные и разветвленные, своим строением напоминают высшие листостебельные растения. Размножение красных водорослей чрезвычайно сложный и многообразный процесс, отличающий их от других групп водорослей. Им характерны вегетативное размножение, различные формы бесполого размножения и половое, отличающееся сложным строением половой системы. Красные водоросли – типичные морские растения, иногда глубоководные организмы, представители лишь нескольких родов обитают в пресных водах. Красные водоросли широко используются человеком в хозяйстве и быту, из них получают каррагинин, агароид и агар, по своим физическим свойствам похожий на животный желатин, но остающийся твердым при более высокой температуре. Агар используют в микробиологии, при приготовлении лекарств и в пищевой промышленности Рассматривают гербарии красных водорослей и зарисовывают их внешний вид. |