Учебное пособие по дисциплине «Биология и биоэкология»
Скачать 2.67 Mb.
|
1.1.2. Минеральное питание растений и животных Автотрофное питание это не только синтез углеводов из диоксида углерода и воды, но и последующее использование таких веществ, как нитраты, сульфаты и фосфаты, для получения других необходимых органических соединений, в том числе белков и нуклеиновых кислот. Гетеротрофным организмам, например, животным, также требуются некоторые минеральные соединения для дополнения их органической пищи. Во многих случаях для обеспечения одних и тех же процессов требуются одинаковые питательные вещества, поэтому удобно рассматривать всю область минерального питания как мост между автотрофным и гетеротрофным питанием. Биогенные элементы, необходимые для успешного роста и размножения организма, называют незаменимыми элементами. Основными незаменимыми для жизни элементами являются углерод, водород, кислород, азот, сера, фосфор, калий, натрий, магний, кальций и хлор. В дополнение к ним всем организмам в следовых количествах (несколько частей на млн.) обязательно требуются некоторые другие элементы. К числу таких элементов относятся марганец, железо, кобальт, медь и цинк; иногда необходимыми являются соединения молибдена, ванадия, хрома и других тяжелых металлов, а также бор, кремний, фтор и йод. Все эти вещества, за исключением углерода, водорода и кислорода, зеленые растения получают из почвы в виде минеральных веществ. Следовые элементы (неорганические) у гетерогенных организмов (животных и грибов) иногда объединяют с витаминами (органическими соединениями) под названием микроэлементы. И те, и другие соединения требуются в следовых количествах, но в клеточном метаболизме они играют сходную и весьма важную роль, поскольку часто являются кофакторами ферментов. Автотрофные организмы способны сами синтезировать необходимые им витамины. Другие незаменимые элементы носят название макроэлементов. Отмечено, что дефицит любого из элементов приводит к развитию болезней дефицита. Приведем некоторые примеры функций основных минеральных веществ. Минеральные вещества поглощаются растениями в форме отдельных ионов, как анионов (отрицательно заряженных), так и катионов (положительно заряженных). Это же верно и для следовых элементов. Животные получают не все необходимые им элементы в форме минеральных веществ. Например, большая часть азота поступает в организм животного в виде белков. Сбалансированность следовых элементов играет важную роль в поддержании плодородия почвы. Однако известны экстремальные случаи, когда растения произрастают в местах с высокой степенью загрязнения металлами: например на свалках предохранителей испорченных мин или на залежах природных полезных ископаемых. Такие растения могут быть токсичными для травоядных животных, но вместе с тем эти же растения оказывают некоторую пользу людям, прикрывая неприглядные участки земли. Дефицит минеральных веществ Не всегда легко или даже возможно вычислить эффекты различных элементов. Например, хлороз (пожелтение листьев) у растений вызывается недостатком магния или железа, хотя эти элементы выполняют разные функции в процессе синтеза хлорофилла. Одна из болезней дефицита у овец и крупного рогатого скота, характеризующаяся диареей, связана с недостатком меди, что в свою очередь является результатом высокого уровня молибдена на пастбищах. Разные организмы могут по-разному реагировать на дефицит одного и того же элемента: дефицит марганца, например, приводит к появлению серой крапчатости и неприятного запаха у овса, к развитию «болотной пятнистости» гороха. Тесное взаимодействие и разнообразие эффектов минеральных элементов объясняется их глубокими воздействиями на клеточный метаболизм. Тем не менее, с помощью различных методов (изменяя условия поглощения минеральных веществ в эксперименте) можно показать, что некоторые специфические симптомы связаны с дефицитом определенных элементов. Подобные знания важны и в медицине, и в сельском хозяйстве, поскольку болезни дефицита распространены повсеместно: и у людей, и среди сельскохозяйственных культур, и среди животных. • Какое питание растений называют минеральным? • Какие химические элементы являются незаменимыми для живых организмов? • Какие химические элементы относятся к незаменимым? • В чем отличие макро- и микроэлементов? • К чему приводит дефицит макро- и микроэлементов? 1.1.3. Особые способы получения незаменимых элементов Насекомоядные растения Насекомоядные, или плотоядные растения представляют собой зеленые растения, специально адаптированные для ловли и переваривания небольших животных, в частности насекомых. Таким образом, они дополняют свое нормальное автотрофное питание (фотосинтез) одной из форм гетеротрофного питания. Обычно такие растения обитают в обедненных азотом местах, а животных используют как дополнительный источник азота. Привлекая насекомых окраской, запахом или сладкими выделениями, растения ловят их тем или иным способом, а затем высвобождают в ловушку ферменты, которые переваривают пойманную жертву. Образующиеся в результате такого внеклеточного пищеварения продукты, в основном аминокислоты, всасываются и усваиваются. Некоторые растения имеют весьма сложно устроенные ловушки. Это например, такие растения как венерина мухоловка (Dionaea muscipula), наперстянка (Nepenthes) и росянки (Drosera). Росянка – один из редких представителей подобных растений, произрастающих в Британии, поскольку большинство из них обитает в тропиках или субтропиках. Они были обнаружены во влажных степях и болотах, по большей части на кислых почвах, с дефицитом минеральных веществ. Микориза Микориза – это мутуалистическая (симбиотическая) ассоциация между грибом и корнями растения. По всей видимости, абсолютное большинство наземных растений вступают в подобные взаимоотношения с почвенными грибами, что имеет большое значение, поскольку в результате в корни растений попадают и многие минеральные элементы и энергия. От растений грибы получают органические питательные вещества, в основном, углеводы и витамины, а взамен растения через корни получают минеральные соли (в основном фосфаты, нитраты, соли аммония и калия) и воду. Как правило, заражаются только молодые корни, при этом рост корневых волосков или прекращается, или очень сильно замедляется. Сеть грибных гиф, простирающаяся в окружающей растение почве, захватывает значительно большую площадь, чем корневая система даже с развитыми корневыми волосками. Высказываются предположения, что растения одного и того же или даже разных видов могут быть связаны друг с другом через микоризы. Микоризы бывают двух типов – экто- и эндотрофные. Эктотрофная микориза образует вокруг корня оболочку и проникает в воздушные пространства между клетками кожицы, не проникая, однако, внутрь клеток. Так формируется обширная межклеточная сеть. Ее образуют грибы, относящиеся к разряду съедобных грибов; найти ее можно в основном у лесных растений, таких как хвойные, бук, дуб и многие другие. Плодовые тела, собственно те грибы, которые мы собираем, часто можно видеть около этих деревьев. Эндотрофная микориза встречается практически у всех других растений. Как и эктотрофная микориза, она образует межклеточную сеть, распространяющуюся также и в почве, однако в данном случае грибы проникают внутрь клеток (хотя фактически плазматическая мембрана клеток корня остается неповрежденной). Корневые клубеньки В клубеньках обитают бактерии, которые стимулируют рост и деление паренхимных клеток корня, в результате чего на корнях образуются вздутия, или клубеньки. • Перечислите особые способы получения незаменимых элементов. • В чем сущность питания насекомоядных растений? • Какие насекомоядные растения вам известны? • Что такое микориза? • Какие типы микоризы вам известны? • Какую функцию выполняют корневые клубеньки? • К какому типу взаимоотношений относится микориза? 1.2. Гетеротрофное питание Гетеротрофные организмы строят органическое вещество своего тела из уже имеющихся готовых органических соединений, перестраивая их применительно к своим потребностям. При этом узловые пункты энергетического обмена у них принципиально одинаковые с растениями. Существует такой же цикл превращения органических кислот; идентично осуществляется окислительное фосфорилирование; идентично функционируют митохондрии, имея при этом сходную морфологическую и структурную организацию и т.д. Таким образом, гетеротрофные организмы, которые питаются органическими веществами, находятся в прямой или косвенной зависимости от продуктов фотосинтетической деятельности зеленых автотрофных растений. Типичными гетеротрофами являются также бесхлорфильные растения – представители отдела грибов, некоторые высшие растения-паразиты (петров крест, заразиха), много растений на определенных этапах жизнедеятельности (спороносные стебли хвоща, прикрепленная к растениям повилика, зародыши прорастающих семян и др.). Гетеротрофный способ питания характерен также для бактерий (кроме хемо- и фотоавтотрофов). Выживание гетеротрофов прямо или косвенно зависит от активности автотрофов. Все животные, грибы и большинство бактерий являются гетеротрофами. Практически все они получают энергию, потребляя пищу. Существуют, однако, некоторые бактерии, способные использовать энергию света для синтеза собственных органических соединений из другого органического сырья. Таких бактерий называют фотогетеротрофами. Гетеротрофы получают пищу самыми разнообразными способами. Однако пути превращения пищи в удобную для усвоения форму у многих организмов сходны и состоят из следующих процессов: 1. Переваривание – расщепление крупных и сложных молекулярных компонентов, составляющих пищу, до более простых и растворимых форм; 2. Всасывание – поглощение растворимых молекул, полученных в результате переваривания, тканями организма; 3. Ассимиляция – использование поглощенных молекул для тех или иных целей. Для удобства можно выделить следующие типы гетеротрофного питания: голозойное, сапрофитное, мутуализм и паразитизм, хотя иногда довольно трудно провести четкую границу между перечисленными формами. • В чем заключается сущность гетеротрофного питания? • Какие живые организмы относятся к гетеротрофным? • Какие типы гетеротрофного питания вам известны? 1.2.1. Типы гетеротрофного питания Голозойное питание Термин голозойное применим в основном к диким животным, со специализированным пищеварительным трактом, или каналом. Большинство животных голозойные. 1. Заглатывание обеспечивает захват пищи. 2. Переваривание – это расщепление крупных органических молекул на более мелкие и легче растворимые в воде. Переваривание можно разделить на два этапа. Механическое переваривание, или механическое разрушение пищи, например, зубами. Химическое переваривание при помощи ферментов. Реакции, осуществляющие химическое переваривание, называются гидролитическими. Переваривание может быть как внеклеточным (происходит вне клетки), так и внутриклеточным (происходит внутри клетки). 3. Всасывание представляет собой перенос растворимых молекул , полученных в результате расщепления питательных веществ, через мембрану в соответствующие ткани. Эти вещества могут попадать либо непосредственно в клетки, либо сначала в кровяное русло, а уже затем переноситься в разные органы. 4. Усвоение (ассимиляция) – это использование поглощенных молекул для обеспечения энергией или веществами всех тканей и органов. 5. Выделение (экскреция) – эвакуация из организма непереваренных остатков пищи и выведение конечных продуктов обмена. Животные, питающиеся растениями, называются растительноядными, питающиеся другими животными – плотоядными, а питающиеся смешанной пищей, - всеядными. Некоторые животные (микрофаги) питаются мельчайшими частицами, например дождевые черви или фильтрующие организмы, такие как двустворчатые моллюски. Другие поглощают пищу в жидком виде, как, например, тли, бабочки и комары. Бывают животные, которые используют в пищу относительно крупные частицы, например гидра и актинии, захватывают добычу щупальцами, или же крупные плотоядные, например акулы. Сапрофитное питание Организмы, питающиеся мертвыми или разлагающимися органическими остатками называется сапрофитами. Для обозначения таких организмов иногда используют другие термины, означающие, однако, то же самое – сапрофиты (сапрофитное питание) и сапробионты (сапробионтное питание). Многие грибы и бактерии являются сапрофитами, например грибы Mucor, Rhizopus и дрожжи. Для переваривания сапрофиты выделяют в пищу ферменты, а затем поглощают и усваивают продукты этого внеклеточного переваривания. Сапрофиты питаются мертвыми органическими остатками растений и животных. Таким образом, сапрофиты уничтожают органические остатки путем их разложения. Многие из образующихся простых веществ не используются самими сапрофитами, поэтому они поступают в пищу растениям. Следовательно, активность сапрофитов обеспечивает весьма важные связи между круговоротами биогенных элементов, делая возможным возврат этих элементов живым организмам. Симбиоз: мутуализм, паразитизм и комменсализм Термин симбиоз буквально означает «совместная жизнь». Он был введен немецким ученым де Барии в 1879 г., который описал это явление как «совместное существование разноименных организмов». Другими словами, симбиоз – это ассоциация между двумя или большим числом организмов разных видов. Со времени де Барии многие биологи сузили понятие «симбиоз» и стали подразумевать под ним тесные взаимоотношения между двумя или более организмами различных видов, приносящие выгоду всем партнерам. С семидесятых годов XX в. симбиоз как раздел биологии приобрел большее значение. К настоящему времени, например, стало известно, что большая часть растений получает необходимые питательные вещества с помощью грибов, а азот фиксируется главным образом симбиотическими бактериями. Открытие того факта, что ферментация в рубце жвачных животных происходит при содействии симбиотических организмов, имеет важное значение для повышения продуктивности крупного рогатого скота. Вместе с тем биологи стали осознавать, что степень близости взаимоотношений, выгоды или вреда в подобных случаях может сильно варьировать. В связи с этим большинство современных биологов используют определение симбиоза, сходное с определением, данным де Бари и одобренное Обществом экспериментальной биологии в 1975 г. В данной книге будут использоваться определения, приведенные ниже. Акцент делается на том, насколько выгодными для обоих участников являются взаимоотношения между ними. Симбиоз — это совместное проживание в тесном взаимодействии двух или более организмов различного вида. Многие подобные ассоциации состоят из трех и более «партнеров» с совместным питанием. Существует три основных типа симбиотических отношений: 1) мутуализм, или взаимовыгодные отношения обоих «партнеров»; 2) паразитизм, при котором выгоду получает один «партнер», причиняя другому вред; 3) комменсализм, при котором для одного «партнера» это выгодные отношения, тогда как для другого они не приносят ни пользы, ни вреда. Мутуализм Мутуализм представляет собой тесные отношения между двумя живыми организмами различных видов, взаимовыгодные для обоих «партнеров». Например, актиния Calliactis прикрепляется к раковине, в которой живет рак-отшельник. Актиния питается остатками пищи рака-отшельника и «путешествует» вместе с ним. В то же время актиния маскирует жилище рака и обеспечивает его защиту при помощи стрекательных клеток, расположенных в щупальцах. По-видимому, актиния не может существовать, не прикрепившись к раковине рака-отшельника, но и тот, если актиния вдруг покинет его, начинает искать другую, которую и перенесет на свою раковину. Травоядные жвачные животные содержат в пищеварительном тракте великое множество бактерий и ресничных инфузорий, переваривающих целлюлозу. Эти микроскопические организмы способны выживать только в анаэробных условиях пищеварительного тракта жвачных животных. Здесь бактерии и инфузории питаются целлюлозой, в большом количестве содержащейся в пище хозяина, превращая ее в более простые соединения, которые жвачные уже способны переварить дальше и усвоить. В качестве важного примера мутуализма можно привести образование корневых клубеньков бактерией Rhizobium. Другими примерами служат микориза и эндосимбиоз. Паразитизм Паразитизм (pare - около; sitos - пища) - представляет собой тесное взаимодействие между двумя живыми организмами различных видов, которое выгодно одному из них (паразиту), но при этом наносит вред другому (хозяину). От хозяина паразит получает не только пищу, но и убежище. Удачливый паразит способен жить с хозяином, не нанося ему большого вреда. Иногда бывает трудно установить степень приносимых пользы или вреда. Паразиты, живущие на наружной поверхности хозяина, называются эктопаразитами (например, клещи, блохи, пиявки). Они не всегда ведут исключительно паразитический образ жизни. Паразиты, обитающие внутри хозяина, получили название эндопаразитов, например Plasmodium (простейшие, вызывающие малярию), свиной цепень Taenia и печеночная двуустка Fasciola. Если организм постоянно ведет паразитический образ жизни, то его называют облигатным паразитом, например Phytophthora, вызывающая раннюю гниль картофеля. К факультативным паразитам относятся грибы, которые, помимо паразитического способа питания, используют и сапрофитный. Примерами таких организмов могут служить гриб Cfndida, вызывающий молочницу у человека, и Pythium, вызывающий выпревание рассады. В некоторых случаях факультативные паразиты (например, Pythium) убивают своих хозяев, а затем живут сапротрофно на мертвых остатках. Паразиты являются высокоспециализированными и обладающими многочисленными адаптациями организмами, многие из которых связаны со своими хозяевами и их образом жизни. Это особенно хорошо видно на примере свиного цепня Taenia, который адаптирован к жизни в кишечнике, а также печеночной двуустки Fasciola, живущей в желчных Как и печеночная двуустка свиной Taenia принадлежит к типу плоских червей. В отличие от свободноживущих планарий у этих животных имеется множество адаптации к их паразитическому образу жизни. В отличие от свободноживущих плоских червей цепни не имеют собственного или каких-либо других пищеварительных структур, поскольку они поглощают предварительно переваренную пищу через кутикулу. (Высокое отношение площади поверхности к объему у плоских червей означает отсутствие необходимости в специальной внутренней транспортной системе, например кровеносной, так как питательные вещества могут быстро доставляться ко всем частям тела.) Ленточным червям не нужны специальные органы чувств, такие как глаза, потому что они живут в темноте, в неизменном окружении и им не нужно перемещаться в поисках пищи, поэтому у них отсутствуют локомоторные органы. (Свободноживущие плоские черви имеют простые глаза и способны перемещаться, совершая скользящие движения за счет работы ресничек.) Этими различиями обусловлено более слабое развитие нервной системы ленточных червей по сравнению с нервной системой свободноживущих плоских червей. Кроме того, цепни могут выдерживать низкие концентрации кислорода в кишечнике и дышать аэробно. Микроорганизмы, которые вызывают различные болезни, также можно рассматривать как паразитов. Комменсализм Комменсализм (com - вместе; mensa - стол) - представляет собой тесную связь между двумя живыми организмами разных видов, выгодную для одного из них (комменсала) и никак не влияющую на другого (хозяина). Иными словами, термин комменсализм означает «питание за одним столом» и используется для описания симбиотических отношений, которые не подходят под категории мутуализма или паразитизма. Примером может служить колониальный полип Hydractinia, который прикрепляется к раковинам брюхоногих моллюсков, где живут раки-отшельники. Полип питается остатками пищи рака-отшельника. В данном случае раку совершенно безразлично такое сосуществование. Другими примерами являются орхидные растения и лишайники (комменсалы), растущие на деревьях (хозяине). • Какой тип питания называют голозойным? • Каков механизм голозойного питания? • В чем сущность каждого этапа голозойного питания? • Каких животных называют растительноядными? • Чем характеризуются плотоядные животные? • Приведите примеры всеядных живых организмов. • Что такое симбиоз? • Какие типы симбиоза вам известны? • Что представляет собой мутуализм? Приведите примеры. • На чем основано питание паразитов? • В чем сущность комменсализма? • Каких животных относят к сапрофитам и почему? • Какова экологическая сущность сапрофитов? |
Похожие:
 | Программа курса основы общей экологии и рационального природпользования... Программа курса предназначена для студентов 4 курса биологического факультета по специальностям «биология» и«биоэкология» |  | Учебное пособие по дисциплине ен. 01 Математика составлено в соответствии... Учебное пособие предназначено студентам очной формы обучения. Данное пособие методические указания по выполнению самостоятельной... |
| Учебное пособие по дисциплине «Теория государства и права» Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по очной, заочной формам, в том числе с использованием дистанционных технологий... | | Учебное пособие по дисциплине «Основы экологии и охраны природы» Учебное пособие по дисциплине «Основы экологии и охраны природы» для студентов фармацевтического факультета (специальность 060103... |
| Учебно-методический комплекс рабочая программа для студентов 020400.... «Биология», профили ботаника, зоология, физиология, генетика, биоэкология; форма обучения – очная | | Учебно-методический комплекс рабочая программа для студентов 020400.... «Биология», профили ботаника, зоология, физиология, генетика, биоэкология; форма обучения – очная |
| Методические рекомендации по написанию и защите Биология; специальность 020201. 65 «Биология»; 020803. 65 «Биоэкология»; направление 020400. 68 «Биология» (магистратура) | | Учебное пособие для студентов, обучающихся по специальности «Биология» Г82 Физика природных явлений и процессов: Учеб пособие. — Балашов: Изд-во "Николаев", 2004. — 104 с |
| Основы педагогического мастерства Учебное пособие Учебное пособие к п н. Якушевой С. Д. предназначено для преподавателей и студентов (обучающихся по педагогическим специальностям... | | Учебное пособие Для специальности: 030501 Юриспруденция Ростов-на-Дону Учебное пособие «Теория конституционализма в России» составлено в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта... |
| Биология наука о жизни Учебное пособие разработано в соответствии с программой курса, а также требованиями образовательного стандарта России к учебной дисциплине... | | Учебное пособие для студентов технического отделения по дисциплине «Немецкий язык» Учебное пособие предназначено для студентов Омгкпт технического отделения специальностей 1705, 1706 |
| Учебное пособие М.: Руссобит-М, 2001. 1 Cd-rom математика. 5 класс.... | | Психология Учебное пособие Учебное пособие предназначено для студентов заочного отделения и обучающихся в сокращенные сроки |
| Учебное пособие Тамбов 2002 г. Авторы составители: Кузьмина Н. В,... Учебное пособие «Создание Web-сайтов» предназначено для слушателей курсов повышения квалификации на базе Тамбовского рц фио по программе... | | Учебное пособие по дисциплине «правоохранительные органы» Организация и проведение учебной практики студентов по направлению Юриспруденция. Учебно-методическое пособие. Псков: ПсковГУ, 2011.... |
