Ботаніка - Б.Є. Якубенко 2017

Частина друга. Система органічного світу
Розділ V. Система органічного світу
5.2. ЦАРСТВО ДРОБ’ЯНКИ (MONERA)

До цього царства належать два відділи: бактерії та синьо-зелені водорості, основною рисою цих організмів є відсутність ядра.

5.2.1. Відділ Бактерії (Bacteriophyta)

Бактерії — це одноклітинні доядерні (прокаріотні) гетеротрофні або автотрофні мікроорганізми, які є найдавнішими організмами нашої планети. Викопні рештки їх відносять до архейської ери. Бактерії були відкриті нідерландським дослідником А. Левенгуком наприкінці XVII ст. Пізніше, в середині XIX ст. значний унесок у дослідження бактерій зробив французький учений Л. Пастер, якого вважають основоположником науки мікробіології, німецький учений Р. Кох, російські вчені М. Тереховський та І. Мечніков (кінець XIX ст. — початок XX ст.).

Поширення бактерій. Бактерії поширені у різноманітних середовищах: ґрунті, воді, повітрі, на поверхні і всередині органів рослин, тварин і людей, на поверхні різноманітних предметів. Вони живуть у гарячих джерелах з температурою до 100 ^оС, у кратерах недіючих вулканів, виживають у вакуумі і в льодах. Бактерії витримують солоність середовища, трапляються в надрах земної кори, в морських западинах на глибині 11 км і в атмосфері на висоті 41 км. Бактерії можуть жити у безкисневому середовищі (анаероби) на відміну від бактерій аеробів, що живуть за доступу кисню. Менш толерантні бактерії до кислого середовища.

Бактеріальна Клітина має будову типову для прокаріот. Зовні вона вкрита оболонкою і слизовою капсулою, яка створює додатковий захист клітини і бере участь у водному обміні. Найчастіше капсула складається з полісахаридів із домішками глікопротеїдів та пептидів.

Клітинна оболонка тверда (ригідна) складається з глікопептиду муреїну — полісахариду, мономерами якого є аміноцукри з пептидним ланцюжком із 4—5 амінокислотних залишків. Під оболонкою розташована Цитоплазма, у якій є зовнішня ліпопротеїдна мембрана, що регулює обмін речовин. Вона утворює інвагінації (вгини) — мезосоми і тилакоїди. Деякі види мезосом виокремлені від цитоплазми власною мембраною і виконують функції мітохондрій, апарату Гольджі. Тилакоїди утворюють фотосинтетичний апарат у фототрофних бактерій. У неструктурованій частині цитоплазми — матриксі — знаходяться Рибосоми, мембрані структури, запасні поживні речовини: крохмаль, глікоген, краплини олії, волютин — поліметафосфат, що є джерелом енергії. Також у матриксі розташований аналог ядра — нуклеоїд у вигляді кільцевої молекули ДНК і позахромосомні ділянки ДНК — плазміди. Деякі бактеріальні клітини мають органи руху — джгутики.

Живлення бактерій. Бактеріям властиві такі типи живлення: гетеротрофне, фототрофне, хемотрофне і симбіонтне. Гетеротрофне живлення є основним типом живлення. Серед гетеротрофних бактерій виділяються Сапрофіти, які використовують органічні рештки відмерлих рослин і тварин. До них належать бактерії гниття і бродіння. Гниття — це процес розкладання бактеріями азотвмістких сполук, він супроводжується виділенням аміаку, сірководню тощо. Бродіння — це процес розкладання бактеріями цукромістких сполук. Розрізняють молочнокисле, маслянокисле, оцтовокисле, пектинове бродіння. Бактерії молочнокислого бродіння застосовують у молочній промисловості, оцтовокислого — у разі виробництва оцту, пектинове — за квашення овочів і фруктів. Сапрофітні бактерії разом з грибами сприяють мінералізації органічних решток і забезпечують кругообіг елементів у природі.

Гетеротрофні бактерії, що оселяються у живих організмах, називають паразитами, вони викликають хвороби рослин, тварин і людей.

Фототрофне живлення (фоторедукція, або Бактеріальний Фотосинтез) властиве переважно невеликій групі водних зелених і пурпурних бактерій, що містять зелений пігмент бактеріохлорофіл.

Хемотрофні бактерії утворюють органічні речовини, використовуючи енергію, яка вивільнюється за окислення мінеральних сполук. Це бактерії нітрифікації, сіркобактерії, залізобактерії, водневі бактерії.

Симбіонтні бактерії здатні засвоювати атмосферний азот, оселяючись на коренях бобових та інших рослин, це так звані бульбочкові бактерії.

Форма бактеріальних клітин. Клітини бактерій дуже різноманітні за формою, їх можна звести до таких типів: кулясті, або коки, паличкоподібні — бацили, зігнуті у вигляді коми — вібріони, звивисті — спірили, спірохети. Якщо коки зближуються попарно, їх називають диплококи, розміщені ланцюжком — стрептококи, гроноподібні — стафілококи. Спірили — це звивисті палички, що мають 1—3 витків, а спірохети — дуже звивисті палички, що мають більшу кількість витків. Деякі бактерії можуть мати форму зірок, черв’яків або галузистих коралів.

Характерною особливістю бактерій є здатність утворювати структури, що відрізняються від вихідних форм. До морфологічно диференційованих структур відносяться такі спеціалізовані клітини: ендоспори або клітини спокою, які формуються всередині клітини і вивільняються у разі руйнування її оболонки. Служать не для розмноження, а для виживання у несприятливих умовах.

Екзоспори — формуються на поверхні материнської клітини і згодом відокремлюються від неї, виступають діаспорами вегетативного розмноження.

Цисти — спори спокою з товстою твердою оболонкою, яка дозволяє перенести несприятливі умови. З настанням сприятливих умов циста скидає оболонку і клітина приступає до поділу.

Бактероїди — розгалужені форми бульбочкових бактерій, які утворюються у разі формування бульбочки.

Розмноження бактерій. Найчастіше бактерії розмножуються поділом клітини, за сприятливих умов кожна материнська клітина протягом 20 хв. утворює дві дочірні, якщо в Організм людини попала одна бактеріальна клітина, то через 15 год. їх може бути кілька мільярдів. У деяких бактерій, наприклад кишкової палички, може спостерігатись процес кон’югації. У зв’язку з відсутністю статевого процесу Мінливість бактерій забезпечується шляхом генетичної рекомбінації, яка відбувається перенесенням ділянки ДНК з однієї клітини в іншу. Шляхи рекомбінації можуть бути такими:

- кон’югація — обмін фрагментами ДНК за прямого контакту клітин;

- трансдукція — передача ДНК бактеріофагами;

- трансформація — передача ДНК через середовище;

- плазмідами — обмін між клітинами позахромосомними ділянками ДНК.

Значення бактерій у біосфері і житті людини. Ґрунтові сапрофітні бактерії розкладають органічні речовини, мінералізуючи їх і забезпечують кругообіг речовин у природі, зокрема сполук нітрогену, феруму, сульфуру, карбону тощо. Інші бактерії засвоюють атмосферний азот і переводять його у стан, в якому його можуть засвоювати рослини. Розкладаючи відмерлі органічні рештки, бактерії виділяють вуглекислий газ, необхідний рослинам для фотосинтезу. Вважають, що хемосинтезуючі бактерії відігравали провідну роль за утворення нафти, формування покладів залізних та сірчаних руд.

Є чисельна група симбіотичних бактерій, що живе у кишківнику людини і бере участь у травленні, вони синтезують деякі Вітаміни та перешкоджають оселенню хвороботворних організмів. У шлунку жуйних тварин бактерії сприяють перетравленню целюлози.

Паразитичні бактерії викликають у рослин цілу низку хвороб, що називаються бактеріозами. Вони вражають усі органи рослин, викликаючи гнилі, пухлини, плямистості тощо. Проникаючи в організм людини хвороботворні бактерії викликають досить поширені хвороби, такі як дифтерія, туберкульоз, ангіна, холера, тиф, дизентерія, Гонорея, Сифіліс та ін. У тварин вони спричиняють сибірську виразку, бруцельоз та ін.

У сприятливих умовах бактерії швидко розмножуються і створюють епідемії. Профілактичними засобами для боротьби з інфекційними бактеріальними хворобами є дотримання санітарно-гігієнічних норм, щеплення, ізоляція хворої людини чи тварини і карантин.

Бактерії здавна використовують у господарській діяльності людини. Так бактерії молочнокислого та оцтовокислого бродіння застосовують для виробництва кефіру, сирів, сметани йогуртів, оцтової кислоти. Певні групи бактерій застосовують у мікробіологічній промисловості для отримання антибіотиків, вітамінів, ферментів та інших лікарських препаратів, а також кормових концентратів для підгодівлі тварин. За допомогою бактерій створюються спеціальні препарати для боротьби зі шкідниками сільського і лісового господарства. Знаходять своє місце бактерії і в процесах дублення шкур, силосуванні кормів, квашенні овочів і фруктів, добуванні волокон із льону, конопель.

Деякі бактерії у разі неправильного зберігання викликають псування продуктів Харчування та кормів, вживання зіпсованих продуктів викликає отруєння, а часом і смерть. Так, анаеробна бактерія, що розвивається за неправильного консервування м’яса, грибів або риби спричиняє хворобу під назвою ботулізм, у разі ненадання людині своєчасної допомоги вона може померти протягом доби. Хвороботворні бактерії можуть розглядатись як один із видів бактеріологічної зброї, тому міжнародною конвенцією заборонено її виготовлення та зберігання.

Запитання для самоконтролю

1. Яка БУДОВА БАКТЕРІАЛЬНОЇ КЛІТИНИ?

2. Чим нуклеоїд відрізняється від справжнього ядра?

3. Назвіть форми клітин бактерій.

4. Як розмножуються бактерії?

5. Де поширені бактерії?

6. Назвіть класи бактерій.

7. Які процеси в природі викликають сапрофітні бактерії?

8. Назвіть усі способи живлення бактерій

9. Які хвороби людей викликають бактерії?

10. Яке значення бактерій у біосфері?

11. Яке значення бактерій у житті людини?

5.2.2. Відділ синьо-зелені водорості (Cyanophyta)

Синьо-зелені водорості, як і бактерії, є досить древньою групою автотрофних організмів. Їхній вік на Землі становить близько 3,5 млрд. років. Від решти водоростей вони відрізняються відсутністю справжнього ядра і це зближує їх з бактеріями, тому в деяких системах їх розглядають як один із класів бактерій.

Будова клітини. Клітини здебільшого округлої або циліндричної форми, оточені двошаровою оболонкою. Зовнішній шар складається з пектинових речовин і мікрофібрил, а внутрішній — з муреїну. Поверх клітинної оболонки у більшості видів утворюється слизова Піхва або колоніальний слиз, який складається переважно з пектинових речовин. Цитоплазма оточена цитоплазматичною мембраною — плазмалемою, котра, подібно до бактеріальних клітин, утворює різноманітні складки, зокрема тилакоїди. У протопласті, навіть у Світловий Мікроскоп, видно два шари: зовнішній забарвлений — хроматоплазму і внутрішній безбарвний — центроплазму. У хроматоплазмі є тилакоїди, на яких зосереджені пігменти: хлорофіли, каротиноїди, сині пігменти — фікоціани (фікоціанін, алофікоціанін, фікоеритроціанін) та червоний — фікоеретрин, загалом більше 30 пігментів, співвідношення між ними зумовлює забарвлення хроматоплазми і клітини. У центроплазмі розташований нуклеоїд, який від типового ядра відрізняється відсутністю ядерної оболонки і ядерець. У центроплазмі є також рибосоми, включення, і газові вакуолі — свого роду «плавальний міхур».

Продуктами фотосинтезу синьозелених водоростей є глікогеноподібний полісахарид, волютин, ціанофіцин.

Синьо-зелені водорості — одноклітинні, колоніальні або багатоклітинні організми. Одноклітинні і нитчасті водорості можуть утворювати колонії Нитчасті водорості бувають гомоцитними, які складаються з однакових клітин, і гетероцитними, нитка яких складається з вегетативних клітин і гетероцист. Гетероцисти розміщуються в нитці поодиноко і відрізняються від вегетативних клітин безбарвним умістом і подвійною оболонкою. Частина колонії, розташована між двома гетероцистами називається гормогонією. Гетероцисти виконують функцію фіксації атмосферного азоту.

Розмножуються синьо-зелені водорості нестатевим шляхом: одноклітинні — поділом клітини, колоніальні і нитчасті — фрагментацією колонії або нитки. Примітивний парасексуальний статевий процес, суть якого полягає в частковому об’єднанні геномів різних клітин, трапляється тільки у деяких видів.

Переважна більшість цих водоростей є автотрофами, рідше мікотрофами (автотрофно-гетеротрофними), наземні види здатні до азотфіксації. В Україні найпоширенішими синьо-зеленими водоростями є види з роду носток, анабена, лінгбія, глеокапса, осциляторія, мікроцистіс.

Поширені синьо-зелені водорості в усіх середовищах, але здебільшого у воді, входячи до складу планктону, є ґрунтові (едафітні), повітряні (аерофітні) види, що оселяються на скелях, корі дерев, на пісках Сахари і льодах Антарктиди. Серед синьо-зелених водоростей у гарячих джерелах оселяються термофіли, а на льоду, снігові і холодних струмках — кріофіли. Деякі з них вступають у співжиття з грибами, утворюючи Лишайники або оселяються у слані мохів чи листках деяких папоротей, виконуючи функцію асиміляторів.

Значення синьо-зелених водоростей полягає в тому, що у разі масового розмноження вони забруднюють водойми, викликаючи «цвітіння» води, забруднюють водозабори і попадають у питну воду. Але одночасно з цим деякі з них є азотфіксаторами. Водорості з роду артроспіра під назвою «спіруліна» введені в культуру та використовуються в харчовій і медичній промисловості. Ґрунтові види є піонерами рослинності, нагромаджуючись у значній кількості, вони поліпшують родючість ґрунтів.

Запитання для самоконтролю

1. Яка будова клітини синьо-зелених водоростей і чим вона різниться від будови бактеріальної клітини?

2. Які пігменти є у клітинах синьо-зелених водоростей?

3. Де поширені сино-зелені водорості?

4. Які запасні поживні речовини відкладаються у клітинах водоростей?

5. Які елементи будови входять до центроплазми?

6. Як розмножуються синьо-зелені водорості?

7. Яке їх Значення у природі?