Теоретические сведения

Амосова И.Б., Паринова Т.А., Шаврина Е.В. Разнообразие растений таежных фитоценозов и хозяйственно значимых групп. Эколого-физиологические и хозяйственные особенности растений севера. Учебное пособие Архангельск: САФУ, 2016.- 148 с.

Пособие включает в себя описание растений, их экологии, хозяйственных свойств с учетом регионального компонента. Описание дано по систематическим группам. Приведены рекомендации по изучению и проведению лабораторных работ, вопросы и задание для самоподготовки. В приложении размещены справочные материалы, необходимые для выполнения лабораторных работ и заданий.

Пособие предназначено для студентов 1-2 курса по направлениям подготовки «Биология» и «Экология и природопользование», «Лесное дело»

Рекомендовано в печать учебно-методическим советом Института естественных наук и технологий САФУ им. М.В. Ломоносова

©И.Б. Амосова, Т.А. Паринова, Е.В. Шаврина

ВВЕДЕНИЕ

Данное учебное пособие по систематике растений является дополнением к теоретическому курсу ботаники. Разработано на основе многолетней практики преподавания этой дисциплины на кафедре ботаники, общей экологии и природопользования Института естественных наук и технологий Северного Арктического федерального университета имени М.В. Ломоносова.

Главными целями представленного в пособии практикума являются: углубление и закрепление лекционных знаний, приобретение навыков самостоятельной исследовательской работы. Пособие предназначено для более эффективной работы студентов на лабораторных занятиях и формированию широкого круга компетенций, закрепленных в образовательных стандартах по направлениям подготовки «Биология» и «Экология и природопользование»: общекультурных, профессиональных и специализированно-профессиональных.

Систематика растений является разделом ботаники, изучающим разнообразие растений. Главными задачами систематики растений являются идентификация и классификация представителей растительного мира. Систематика включает в себя таксономию, номенклатуру и выражается в классификации (системе).

Таксономия – теоретическая основа классификации, правила, на основании которых таксоны располагаются в системе.

Номенклатура – система названий для групп организмов, связанных той или иной степенью родства (таксонов).

Классификация – расположение объектов (организмов, видов и т.д.) на основе общих свойств, группирование организмов в иерархической системе.

Правила ботанической номенклатуры изложены в Международном кодексе ботанической номенклатуры, принятом XIV Международным ботаническим конгрессом в 1987 году.

Изучение систематики растений способствует формированию представлений о разнообразии групп растительных организмов, особенностях их строения, размножения, экологии, циклах воспроизведения и принципах систематики. На занятиях анализируются основные особенности каждой группы.

Материалы оформлены в виде четырех тематических разделов – «Грибы», «Водоросли», «Высшие споровые растения», «Семенные растения». Каждая лабораторная работа включается в себя теоретические сведения об изучаемой группе, приводится систематическое положение изучаемых объектов, подробно изложен ход работы практической части, в конце приводятся вопросы и задания для самостоятельной подготовки.

Для каждой лабораторной работы указаны конкретные объекты, на примере которых анализируются признаки, отражающие важнейшие особенности основных изучаемых таксонов. Визуальное наблюдение и прямой тактильный контакт с растительными объектами помогают понять общие и частные закономерности их строения, жизнедеятельности и эволюции. Задания, включающие зарисовку изучаемых объектов, комбинированные: студентам предлагается выполнить рисунки с натуры и сделать соответствующие подписи, или подписать составные части уже готовых рисунков и схем. Для каждой работы приводится краткий теоретический материал, систематика изучаемой группы растений, цель и задачи занятия, оборудование, ход работы.

Для выполнения лабораторных работ необходима предварительная подготовка студентов к занятию по лекционным материалам и литературным источникам. С учётом этого, практикум ориентирован на самостоятельную работу каждого студента по приведённому плану под общим руководством преподавателя. В каждой работе приведены вопросы для самоконтроля, содержание которых отражает требования к знаниям, необходимым для выполнения лабораторной работы. Отчетом о проделанной работе являются рисунки и записи в рабочей тетради.

При указании таксонов в пособии за основу взята система А. Энглера и Р. Веттштейна (1954) с дополнениями других авторов по отдельным группам растений и грибов. Для царства Грибы и группы водоросли использована система В.А. Мухина и А.С. Третьякова, приведенная авторами в учебном пособии «Биологическое разнообразие: водоросли и грибы» (2013). Моховидные систематизированы по классификации М.С. Игнатова и др. (1992). Система отделов Голосеменные и Покрытосеменные приведена по А.Л. Тахтаджяну (1987).

ГРИБЫ

«____» ___________________

Лабораторная работа №1 (4 часа)

Царство Fungi – Грибы

Теоретические сведения

Грибы – царство живой природы, объединяющее эукариотические организмы, сочетающие в себе некоторые признаки как растений (неподвижность в вегетативном состоянии, абсорбционное питание, способность к неограниченному росту), так и животных (гетеротрофное питание, основное запасное вещество гликоген, образование мочевины в процессе метаболизма). Данная группа включает более 100 тыс. видов.

Для грибов характерно наличие твердой углеродсодержащей клеточной оболочки. Клеточная стенка на 80-90% состоит из полисахаридов, у большинства грибов основной полисахарид – хитин или хитозан, у оомицетов - целлюлоза. В небольшом количестве имеются белки, липиды, полифосфаты. В структурной связи с плазмалеммой находятся ломасомы – функция их до конца не ясна. В вакуолях и липосомах клетки содержатся такие запасные вещества, как волютин, липиды, жиры.

Вегетативное тело грибов представлено или отдельными клетками, или гифами – ветвящимися нитями с клеточной стенкой. Выделяют ценоцитные гифы без перегородок, своеобразная многоядерная клетка и септированные гифы с поперечными перегородками – септы. Совокупность гиф называют мицелием. Специальными видоизменениями мицелия являются плодовые тела, ризоморфы и склероции. Вегетативные гифы образуют разнообразные структуры, обеспечивающие питание; генеративные – формируют спорогенные органы, в которых образуют споры. У грибов различают вегетативное, бесполое и половое размножение. Вегетативное размножение осуществляется посредством почкования или за счет распада мицелия на хламидоспоры или артроспоры (оидии). Бесполое размножение осуществляется преимущественно тремя типами спор: зооспорами, спорангиоспорами и конидиями. Половой процесс грибов можно объединить в три группы: гаметогамия, гаметангиогамия и соматогамия. Половое спороношение осуществляется аскоспорами и базидиоспорами, образующимися в специальных образованиях – плодовых телах. Аскоспоры образуются в сумках (асках), которые вместе со стерильными парафизами формируют гимениальный слой. Базидиоспоры находятся на поверхности базидий. Последние вместе с парафизами составляют гимений или спороносный слой. Часть плодового тела с гимением называется гименофором. Питание грибов абсорбционное, происходит осмотическим путем: всасывание питательных веществ всей поверхностью вегетативного тела. По типу питания грибы подразделяют на две большие группы сапротрофов (питаются органическими соединениями мертвых тел или прижизненными выделениями организмов) и биотрофов (питаются живыми организмами), представленных двумя формами – паразитизм и симбиотрофизм.

Практические задания и контрольные вопросы

К занятию необходимо знать следующие вопросы. Общая характеристика грибов: строение клетки и мицелия, типы плодовых тел, распространение и экология, питание, способы размножения, циклы воспроизведения, значение в природе и для человека. Система царства Грибы.

Цель занятия: изучить особенности биологии, экологии, размножения грибов, познакомиться с их разнообразием.

Систематическое положение изучаемых объектов

ЦАРСТВА FUNGI - ГРИБЫ

Отдел Eumycota – Настоящие грибы

Группа « низшие грибы »:

Отдел Chytridiomycota – Хитридиомицеты

Класс Chytridiomycetes – Хитридиомицеты

Порядок Spizellomycetales – Спизелломицетовые

Olpidium brassicae – Ольпидиум капустный

Отдел Zygomycota – Зигомицеты

Подотдел Mycoromycotina – Мукоровые

Порядок Mycorales – Мукоровые

Семейство Mуcoraceae – Мукоровые

Группа «высшие грибы»

Отдел Ascomycota – Аскомицеты

Класс Saccharomycetes – Сахаромицеты

Порядок Saccharomycetales – Сахаромицетовые

Saccharomycetes cerevisiae – Пекарские дрожжи

Класс Eurotiomycetes – Эуроциомицеты

Род Aspergillus – Аспергилл

Род Penicillus – Пеницилл

Класс Sordariomycetes – Сордариомицеты

Порядок Hypocreales – Гипокрейные

Порядок Clavicipitaceae – Спорыньевые

Claviceps purpurea – Спорынья пурпурная

Класс Pezizomycetes – Пуцициомицеты

Род Morchella – Сморчки

Отдел Basidiomycota – Базидиомицеты

Подотдел Agaricomycotina – Агарикомикотина

Класс Agaricomycetes – Агарикомицетовые

Род Agaricus – Шампиньоны

Группа афиллофороидные гименомицеты

Fomes fomentarios – Трутовик настоящий

Подотдел Ustilaginomycotina – Устилягиномикотина

Класс Ustilaginomycetes –Устомицеты

Порядок Ustilaginales – Головневые грибы

Ustilago avenae – Пыльная головня овса

Подотдел Pucciniomycotina –Пукциниомикотина

Класс Pucciniomycetes –Пукциниомицеты

Порядок Pucciniales – Ржавчинные грибы

Puccinia graminis – Стеблевая ржавчина

Грибоподобные организмы

Отдел Oomycota – Оомицеты

Класс Oomycetes – Оомицеты

Порядок Perenosporales – Переноспоровые

Phytophtora infestans – Фитофтора картофеля

Материалы и оборудование: микроскопы, наборы для микропрепарирования; микропрепарат «Мукор» (Mycor sp.), раствор хлебных дрожжей (Saccharomyces cerevisiae), продукты с наличием на них мицелиев аспергилла (Aspergillus sp.)и пеницилла (Penicillium sp.), плодовые тела сморчка обыкновенного (Morchella exculenta), коллекция плодовых тел трутовиков, плодовые тела шампиньона (Agaricus sp.), гербарий – листья пораженные фитофторой (Phytophtora infestans), клубни картофеля пораженные фитофторой; соцветия злаков, пораженные спорыньей пурпурной (Claviceps purpurea), пыльной головней овса (Ustilago avenae) и стеблевой ржавчиной (Puccinia graminis).

Задания

1. На гербарных образцах рассмотритеь листья и клубни картофеля, пораженные фитофторой, отметить некротические пятна. Зарисуйте лист и мицелий гриба фитофторы в мезофилле листа картофеля.

а) развитие в сухую погоду

1. мезофилл листа

картофеля

2. неклеточный мицелий

3. конидиеносец

4. конидии

5. зооспорангий

6. зооспоры

б) развитие во влажную погоду

Рисунок 1. Мезофилл листа картофеля пораженный Phytophtora infestans

2. Познакомьтесь с группой «низшие грибы» на примере отдела Chytridiomycota. Зарисуйте жизненный цикл Olpidium brassicae. На рисунке обозначьте этапы бесполого и полового размножения, зооспору, эпидермальную клетку рассады капусты, зооспорангий с длинным горлышком, изогамный половой процесс, двужгутиковую зиготу, цисту, мейоспоры, этапы с митотическим делением и мейоз.

Рисунок 2. Схема жизненного цикла Olpidium brassicae

3. По постоянному микропрепарату «Мукор» изучите и зарисуйте особенности строения и спороношения мукора. На препарате найдите гифы мицелия, отметьте септирован ли он на клетки, найти спорангии, споры. Зарисуйте, сделайте обозначения.

Рисунок 3. Mucor sp.

4. Изучить строение одноклеточных грибов Ascomycota. Приготовьте временный микропрепарат раствора хлебных дрожжей. Зарисуйте почкующиеся клетки и псевдомицелий. Сделайте соответствующие обозначения.

а) клетка дрожжей

б) псевдомицелий

Рисунок 4. Saccharomyces cerevisiae

5. Приготовьте временные микропрепараты и зарисуйте особенности строения мицелия и органов спороношения аспергилла и пеницилла. Отметьте различия в строении органов спороношения двух видов.

1. тип мицелия – ___________________ 2. тип конидиеносца 2а___________________ 2б____________________ 3. фиалиды 4. конидии

Рисунок 5. Aspergillus sp. Рисунок 6. Penicillium sp.

6. Рассмотритеь плодовое тело сморчка обыкновенного. Отметьте расположение гимениального слоя и тип плодового тела. Сделайте соответствующие обозначения к рисунку.

Рисунок 7. Morchella exculenta

7. На гербарных образцах изучите внешний вид соцветий злаков со склероциями. Зарисуйте цикл развития спорыньи, сделайте соответствующие обозначения.

Рисунок 8. Схема жизненного цикла Claviceps purpurea

8. Познакомьтесь с разнообразием плодовых тел Basidiomycota. Рассмотрите и зарисуйте поперечный разрез через плодовые тела трутовика настоящего ишампиньона. Отметьте расположение и тип гименофора.

а) Fomes fomentarios

б) Agaricus sp.

Рисунок 9. Продольный разрез через плодовое тело

9. Рассмотрите гербарный материал и зарисуйте внешний вид соцветия злака, пораженного пыльной головней овса; стебли и листья злаков пораженных стеблевой ржавчиной.


Рисунок 10. Соцветия пораженные Ustilago avenae	Рисунок 11. Побеги пораженные Puccinia graminis

Вопросы и задания для самопроверки (дать короткие письменные ответы и выполнить задание)

1. Какие критерии положены в основу подразделения царства Грибы на отделы? ____________________________________________________

___________________________________________________________

2. Назовите преимущества и недостатки органов бесполого размножения отделов зигомицеты и аскомицеты._____________________________

____________________________________________________________

___________________________________________________________

3. В чем преимущество спор полового размножения перед спорами бесполого размножения?_______________________________________

____________________________________________________________

__________________________________________________________

4. Какие особенности грибов позволили им получить широкое распространение и занять все среды обитания? ___________________

____________________________________________________________

___________________________________________________________

5. Заполните таблицу приведенную ниже.

Отделы	Характерные признаки (строение клеточной стенки, вегетативное тело, размножение)	Среды обитания, способы питания	Предста-вители
Oomycota
Chytridiomycota
Zygomycota
Ascomycota
Basidiomycota