Метаболічні особливості фізіології та біохімії водоростей - рефераты, скачать рефераты, бесплатно рефераты

Рефераты. Метаболічні особливості фізіології та біохімії водоростей

наземних місце зростаннях водоростей поряд з іншими мікроорганізмами належить роль піонерів рослинності. Дослідження різних гірських масивів показали, що в умовах відсутності органічної речовини поверхня порід, що вивітрюються, заселяється насамперед мікроколоніями одноклітинних водоростей і супутніх їм бактерій, що утворять так звану гірську засмагу. Нерідко також комплекси водоростей і бактерій виявляють здатність до засвоєння молекулярного азоту. У такий спосіб за рахунок вуглекислого газу й азоту атмосфери відбувається первинне нагромадження органічних речовин. Крім скельних порід, подібні явища спостерігалися на вулканічному попелі, на безжиттєвих мінеральних субстратах антропогенного походження (золотовідвали, що порошать промислові відходи, шлаки й інші промислові відвали). На територіях, по тій чи іншій причині позбавлених рослинності і ґрунтового покриву, формуються примітивні ґрунти, в утворення яких водорості нерідко вносять істотний вклад, утворити початкову стадію сукцесії. Обговорюється значення ґрунтових водоростей у процесах формування структури, родючості ґрунту, підвищення її вологоємності, протиерозійної стійкості.11 Водоросли. Справочник. - К.: наукова думка, 1984. - 605 с.

3.4 Значення водоростей в еволюції Землі

Велика історична роль водоріст - найдавніших фотоавтотрофних організмів нашої планети. Їхні викопні залишки, в архейських породах Південної Африки, мають вік 3,2 млрд. років. Відкриття їх у корені змінило колишні представлення про час виникнення життя на Землі. Вважають, що ця подія відбулася близько 4 млрд років тому, майже одночасно з виникненням водяної оболонки Землі. У первинній атмосфері Землі, що в основному складалася з пар води, вуглекислого газу, азоту, диоксида сірки, аміаку, метану і соляної кислоти, переважали відбудовні процеси. Існуючий у даний час так званий озонный захист планети, що утворився із кисню, у первинній атмосфері був відсутній. Тверде ультрафіолетове випромінювання Сонця, що приносило на поверхню Землі значна кількість короткохвильової енергії, проникало у воду аж до 10-метрової глибини.

Поява синезеленых водоростей поклало початок ері фотосинтезу, історія якого відбита у відкладеннях залізних руд, що складаються із шарів, що чергуються, багатих і бідних оксидами заліза. Утворення останніх зв'язують з Періодами бурхливого і менш інтенсивного виділення кисню фотосинтезуючими прокаріотами. Коли кількість кисню, який виділявся водоростями, перевищило здатність водяного середовища до його зв'язування, газ почав накопичуватися на поверхні океану. Відновлювальні властивості атмосфери стали перетворюватися в окисні. Поступово в атмосфері Землі сформувався шар озону, що захистив поверхню планети від твердого ультрафіолетового випромінювання Сонця. Коли концентрація кисню збільшилася до десятої частки від сучасної, життя початку завойовувати сушу. Таким чином, виникнення атмосфери, що кис-лород-содержит, вихід живих істот на сушу і розвиток аеробних форм життя, що домінують нині на нашій планеті - усе це результати життєдіяльності найдавніших фотосинтезуючих організмів - прокаріотичних водоростей. Прокаріотам (як водоростям, так і бактеріям) належить важлива роль у фіксації атмосферного азоту, перекладу його в зв'язану форму, доступну всім іншим живым'существам планети.

У даний час усвідомлено велике природно-історичне значення водоростей у розвитку рослинного світу, у виникненні еукаріотичної клітини, що поклала початок різноманітному і всюдисущому царству еукаріот. У зв'язку з цим зовсім недавно стало усвідомлюватися неминуще науково-методологічне значення водоростей як "живих копалин", осколків давно зниклих з обличчя Землі флор, "живих свідків" еволюції органічного світу в пізнанні шляхів і закономірностей його еволюції, у відтворенні наукової картини світу.

3.5 Охорона водоростей

Будучи невід'ємною частиною природних екосистем, водорості зіграли і продовжують грати важливу історичну роль у розвитку природи на нашій планеті. Як і інші її компоненти, вони мають потребу в ретельному вивченні й охороні. Численні факти свідчать про найсильніший тиск на них антропогенного фактора. Багаторічні спостереження за флорою водоростей і водяними екосистемами демонструють високі темпи сукцесійних процесів у водяному середовищі. Про це свідчить також висока чутливість багатьох стенотопних видів водоростей до впливу факторів зовнішнього середовища, на чому базується їхнє широке використання як біологічні індикатори і тест-об'єктів. З огляду на важливу роль водоростей у природі, їх неминуще історичне, науково-методологічне і практичне значення, розробка принципів і методів їхньої охорони є невідкладною задачею. Тим часом питанням охорони генофонду нижчих фотоаутотрофных рослин усе ще приділяється мало уваги.

У першу чергу мають потребу в охороні морські водоросли-макрофіти, що є об'єктом промислу або страждають у результаті морського нафтовидобутку. Принципи й методи їхньої охорони, очевидно, не будуть істотно відрізнятися від розроблених для вищих рослин. У деяких країнах вже існує законодавство, що обмежує траловий промисел водоростей, що викликав різке скорочення запасів риби, до відновлення підвідної рослинності.

Охорона мікроводоростей повинна базуватися на загальних заходах щодо охорони навколишнього середовища від забруднень, оптимізації ландшафтів, стабілізації існуючих екосистем. Індивідуальна охорона окремих видів мікроводоростей і їхніх місцеперебувань, очевидно, малоефективна. Тому великого значення набуває метод наукового прогнозування наслідків діяльності людини, наукової експертизи проектів, що змінюють природу. Актуальним також є створення державних колекцій культур мікроводоростей і банків їхніх генів. Необхідна розробка критеріїв і складання списків рідких і зникаючих видів водоростей, що можуть виявитися корисними при обґрунтуванні необхідності охорони якоїсь конкретної ділянки чи території акваторії. Оскільки охороні підлягають не окремі екземпляри водоростей, а їхньої популяції, необхідно спеціальне вивчення цих популяцій, їхніх вегетаційних циклів, географічного поширення, мінливості в залежності від конкретних факторів навколишнього середовища, у першу чергу антропогенних.

3.6 Водорості як продукт живлення

Водоростям призначають важливу роль у рішенні ряду глобальних проблем, що хвилюють усе людство, у тому числі продовольчої, енергетичний, охорони навколишнього середовища, освоєння космічного простору, надр Землі, багатств Світового океану, вишукування нових джерел промислової сировини, будівельних матеріалів, фармацевтичних препаратів, біологічно активних речовин, нових об'єктів біотехнології.

Одна з найбільш гострих проблем, що стоять у даний час перед людством, - недолік продовольчих товарів, .у першу чергу харчового і кормового білка. Згідно даним ФАО при ООН у країнах, що розвиваються, понад 700 млн чоловік (з них 30 % діти у віці до 10 років) ведуть напівголодний спосіб життя. Нормального харчування позбавлені більш 30 % людей у Латинській Америці, околв 60 % в Азії. Згідно з прогнозом, до 2000 р., коли населення Землі перевищить 6 млрд людей, а виробництво продуктів харчування подвоїться, ця проблема вирішена не буде, тому що приріст виробництва їжі на одну людину не перевищить 15 % при збільшенні її вартості принаймні в 2 рази. Тому проблема продовольства, забезпечення зростаючого населення планети повноцінним харчуванням стала важливим економічним, соціальним і політичним фактором у сучасному світі. У зв'язку з цим росте інтерес до нових нетрадиційних джерел білків, жирів, вуглеводів, вітамінів, ферментів і інших фізіологічно активних речовин.11 Водоросли. Справочник. - К.: наукова думка, 1984. - 605 с.

За своїми харчовими якостями водорості не тільки не поступаються відомим сільськогосподарським культурам, але в деяких відносинах навіть перевершують їх. Вони містять високий відсоток білка (до 70 % сухої маси), що включає всі амінокислоти, необхідні для нормального харчування людини, у тому числі незамінні. Завдяки цьому білки водоростей можуть доповнювати білки продуктів, що містять мало лізина і треонина. Вихід білка на одиницю площі за одиницю часу при вирощуванні водоростей на 1--3 порядки перевищує такий у порівнянні з іншими традиційними джерелами (бобові, злаки, велика рогата худоба й ін.).

З погляду на все зростаючий дефіцит білків у продуктах харчування (за даними Всесвітньої організації охорони здоров'я в 1980 р. він складав 3,5 млн т, а до 2000 р. збільшиться до 60 млн т) водорості як додаткове джерело білкових речовин становлять великий інтерес.

Водорості - найбагатше джерело вітамінів (тіаміну, рибофлавіну, фолиевой, нікотинової й аскорбінової кислот, Р-каротина), мікроелементів і інших фізіологічно активних речовин. Вміст вітамінів у 100 г зеленій водорості перевищує добову потребу в них людини. Тому рекомендують уводити водорості в раціон хворих серцево-судинними і шлунковими захворюваннями.

Великою перевагою водоростей є фізіолого-біохімічна розманітність і лабільність їхнього хімічного складу, що дозволяють здійснювати керований біосинтез коштовних хімічних природних сполук. Так, в одній і тій же культурі водоростей, у залежності від умов вирощування, можне одержати біомасу зі змістом білків 8 - 58 %, вуглеводів - 6 - 37 н жирів - 4 - 85 %. У залежності від умов вирощування в значній мірі змінюється також зміст вільних амінокислот, пігментів, вітамінів, мікроелементів. Водорості, особливо мікроскопічні, характеризуються найбільш високим КПД засвоєння світлової енергії в порівнянні з іншими фотосинтезуючими організмами. Багато видів здатні до ефективної утилізації світла низької інтенсивності. Це дозволяє знизити енергетичні витрати на одиницю одержуваної продукції. Продуктивність водоростей, особливо мікроскопічних, наближається до потенційно можливого. У закритих, цілком автоматизованих досвідчених установках (космічного призначення) при штучному висвітленні продуктивність хлореллы складає 100--140 г сухої речовини на 1 м2 за добу. Це відповідає 1000--1400 кг/га (у сухій масі) за добу чи 360--500 т/га на рік. Середня продуктивність мікроводоростей при їхньому масовому культивуванні в установках відкритого типу при природному висвітленні знаходиться в межах 14--35 г/м2 (у сухій масі) за добу, максимальна досягає 60 г/м2 у добу. Якщо виходити із середньої добової продуктивності 20 г/м2 і тривалості вегетаційного періоду 6 місяців, середньорічна продуктивність установок цього типу повинна скласти 72 т/га (у сухій масі) у рік. Практично така продуктивність (50 - 80 т/га в рік) досягнута в різних країнах у відкритих культиваторах різного типу. Культивування видів дозволяє одержувати 128 т білка на гектар за рік. Таким чином, продуктивність культури мікроводоростей на порядок вище в порівнянні з продуктивністю пшеничного поля. Продуктивність плантацій морських водоростей складає 60 - 120 т/га (у сирій масі) у рік.

Водорості не є конкурентами вищих рослин, оскільки їхнє вирощування може здійснюватися у водоймах і штучних установках на площах, не придатних для землеробства; їхня культура менш залежна від кліматичних умов у порівнянні ,з культурою наземних рослин. Не слід забувати також про величезні ресурси Світового океану для одержання їжі і кормів.

Макроскопічні морські і прісноводні водорості використовуються людиною в якості харчових і кормових продуктів ще з XIII ст. В даний час відомо близько 170 видів їстівних макроскопічних водоростей, з них 81 вид червоних, 54 бурих, 25 зелених, 8 синезеленых. Інтенсивне використання морських водорослей-макрофітів у господарських цілях вичерпало їхні природні запаси і привело до необхідності їхнього штучного вирощування. Тому в останні 30 років значний розвиток одержала аквакультура водоростей. Серед них найбільше харчове значення розраховують на роду Рогрhуга. Їх почали вирощувати в Японії ще в XVII ст., і в даний час по обсязі культивування вони займають перше місце у світі. У 1945 - 1951 р. врожай видів Рогрhуга складав 3 тис. т/рік, у 1969 - 1970 р. - близько 18 тис. т, у наступні - понад 100 тис. т. Тільки в Японії щорічна продукція водоростей у цілому зросла з 310 тис. т у 1960 р. до 690 тис. т у 1978 р. З 10 млн т морських продуктів, одержуваних у цій країні щорічно, I млн т надходить за рахунок аквакультури. Уже зараз у харчовому раціоні японців водорості складають майже 20 %.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6