Фотоавтотрофный способ питания растений

Энциклопедия «Жизнь растений»
ФОТОТРОФНЫЙ, ГЕТЕРОТРОФНЫЙ И МИКСОТРОФНЫЙ ТИПЫ ПИТАНИЯ ВОДОРОСЛЕЙ

ФОТОТРОФНЫЙ, ГЕТЕРОТРОФНЫЙ И МИКСОТРОФНЫЙ ТИПЫ ПИТАНИЯ ВОДОРОСЛЕЙ

Фотоавтотрофный способ питания с помощью фотосинтеза по масштабам и значимости стал, как мы видели, одним из основных способов питания водорослей и других зеленых растений. В разных отделах водорослей есть виды, которые являются строгими (облигатными) фотосинтетиками. К их числу относятся, например, из сине-зеленых водорослей Anabaena cylindrica, A. variabilis, Anacystis nidulans, некоторые штаммы Nostoc muscorum и др.; из зеленых — ряд видов Chlorococcum, некоторые виды Chlamydomonas, такие виды Xanthophyta, как Polyedriella helvetica и Monodus subterranea; ряд штаммов диатомей.

Однако многие водоросли обладают способностью достаточно легко переключаться в определенных условиях с фотоавтотрофного способа питания на ассимиляцию различных органических соединений и осуществлять гетеротрофный или фотогетеротрофный тип питания или сочетать эти способы питания с фотосинтезом.

Способность к росту на органических средах в темноте или на свету в отсутствие С02 показана для большого числа видов, относящихся к сине-зеленым, зеленым, желто-зеленым, диатомовым и другим водорослям.

Известны также формы водорослей, которые относятся к числу ауксотрофных организмов и нуждаются в экзогенных источниках некоторых физиологически активных органических веществ, в частности в витаминах В12, В1 в биотине.

Таким образом, многие водоросли, обладая способностью осуществлять фотосинтез, не являются в то же время облигатными фотоавтотрофными организмами и отличаются высокой пластичностью и большим разнообразием типов питания.

Способность водорослей усваивать те или иные органические вещества существенным образом зависит не только от химической природы этих веществ, но и от генетических свойств штамма. Так, например, сравнительное изучение способности различных видов и штаммов хлореллы использовать для гетеротрофного роста (в темноте) такие углеводы, как глюкоза, галактоза, манноза, фруктоза, арабиноза, мальтоза, лактоза и сахароза, показало, что наилучшим источником углерода для большинства культур является глюкоза. Вместе с тем среди изученных форм хлореллы были обнаружены и такие штаммы, которые росли на галактозе значительно лучше, чем на глюкозе. Ряд штаммов эффективно иснользовали как глюкозу, так и галактозу. Некоторые формы использовали фруктозу примерно так же, как глюкозу, но в несколько раз хуже росли на среде с галактозой. Малопригодными в качестве источника углерода для большинства культур оказались манноза, фруктоза, лактоза и сахароза, хотя некоторые штаммы хлореллы могли использовать и эти сахара. Такое же разнообразие свойств штаммов в отношении их способности использовать различные сахара найдено и для других зеленых, а также сине-зеленых и желто-зеленых и некоторых других водорослей.

В качестве органического источника углерода для гетеротрофного роста водорослей пригодны также ацетат, пируват и некоторые другие органические кислоты, хотя степень и характер их использования, так же как и в случае ассимиляции сахаров, зависит от свойств культур.

Гетеротрофпый рост водорослей в темноте идет значительно медленное, чем автотрофный рост на свету. При освещении водорослей, культивируемых на средах, например с глюкозой, но без С02, наблюдается повышение скорости их роста и усвоения глюкозы. При этом культуры переходят к фотогетеротрофпому типу питания, когда АТФ, возникающая в реакциях фотосинтетического фосфорилирования, используется для ассимиляции глюкозы. На примере ряда штаммов хлореллы показано, что в случае обеспечения углекислотой культур, выращиваемых на свету на среде с глюкозой, клетки водорослей могут переходить к миксотрофному типу питания. Скорость роста и продуктивность таких культур превышают скорость их роста при автотрофном питании и равна примерно сумме их продуктивности при фотогетеротрофном и автотрофном питании. Вместе с тем это, очевидно, не является общей закономерностью, и соотношение различных типов питания в клетках водорослей может существенно меняться в зависимости от физиолого-биохимических свойств культуры и особенностей организации внутриклеточных регуляторных процессов. В результате изучения путей биохимических превращений органических веществ, поглощаемых клетками разных водорослей в условиях фотогетеротрофного и миксотрофного питания, а также изменения активности хлоропластных и цитоплазматических ферментов при переходе от автотрофного к указанным типам питания, сейчас начинают проясняться некоторые внутренние механизмы перестройки метаболизма водорослей при смене типов питания. В ряде случаев переход к фотогетеротрофному питанию сопряжен с индукцией дополнительных ферментных систем, участвующих в преобразовании поглощаемых клеткой органических веществ. Так, например, показана индукция изоцитратлиазы у Euglena gracilis под влиянием ацетата. У некоторых форм хлореллы найдена под влиянием сахарозы индукция инвертазы, которая расщепляет молекулу этого сахара на глюкозу и фруктозу. Активность некоторых ферментов фотосинтетического аппарата, в частности ферментов цикла Кальвина, может несколько снижаться при переходе культур водорослей к использованию органических источников углерода. Поглощаемые клетками органические вещества иногда окисляются до С02, которая в дальнейшем может использоваться в реакциях фотосинтеза. С другой стороны, может иметь место и прямое использование органических источников углерода: ацетата — через цикл глиоксиловой кислоты, глюкозы — через гексокиназпую реакцию. Возможность прямой (не опосредованной через фотосинтез) ассимиляции углерода из органических источников показана, например, для Chlamydomonas mundata и Chlamydobotrys stellata, когда усвоение ацетата этими водорослями практически не изменялось при экспериментальном выключении фотосинтетического аппарата с помощью специфических ингибиторов фотосинтеза. Аналогичную картину наблюдали на Chlamydomonas reinhardii: фотосинтетический аппарат ингибировали с помощью рифампицина — специфического ингибитора синтеза хлоропластных РНК, а рост водорослей поддерживали с помощью глюкозы.

Помимо использования органических соединений в качестве источника углерода, водоросли способны переключаться с ассимиляции неорганического нитратного азота на усвоение органических источников азота — мочевины, амидов и некоторых аминокислот. Гетеротрофпая ассимиляция азота — усвоение азота из органических соединений — неоднократно доказана для водорослей как факультативная форма азотного питания.

При этом, так же как и в случае усвоения углеводов и органических кислот, использование водорослями аминокислот существенным образом зависит от физиолого-биохимических свойств штаммов. Показано, что такие аминокислоты, как аргинин, гликокол, орнитин, могут использовать все штаммы хлореллы, в то время как аланин, аспарагин, серии, цистеин — только отдельные культуры. Лизин, валин, гистидин, метионин и триптофан приводили к подавлению роста некоторых форм водорослей.

Одной из характерных особенностей некоторых представителей сине-зеленых водорослей является их способность обходиться вообще без связанных форм азота и осуществлять фиксацию свободного азота атмосферы аналогично азотфиксирующим микроорганизмам.

Многообразие и пластичность способов питания водорослей позволяют им иметь широкие ареалы и занимать разнообразные экологические ниши.

Исследование способов питания водорослей позволило ввести многие из них в промышленную (массовую) культуру.

Источник

Фотоавтотроф – определение, функции и типы

Фотоавтотроф определение

Фотоавтотрофы – это организмы, которые могут производить свою собственную энергию с помощью света и углекислого газа в процессе фотосинтез, Слово фотоавтотроф представляет собой комбинацию автотрофного, слово для организм это делает его собственную еду, и префикс фото, что означает «свет». Зеленые растения и фотосинтез бактерии примеры фотоавтотрофов. Их не следует путать с фотогетеротрофами, которые также производят энергию света, но не могут использовать диоксид углерода в качестве единственного источника углерода, а вместо этого используют органические материалы.

Функция фотоавтотрофов

Фотоавтотрофы, по сути, делают свою еду, как они могут выживать и размножаться. Тем не менее, они также важны для выживания гетеротрофов, организмов, которые не могут готовить пищу и должны питаться другими организмами, чтобы выжить. Гетеротрофы едят автотрофы; например, крупный рогатый скот ест траву, а затем люди едят этот скот. Фотоавтотрофы и другие автотрофы находятся на дне пищевой цепи; они обеспечивают пищу для других организмов и жизненно необходимы во всех экосистемах. Они известны как производители в пищевой цепи, так как они производят питательные вещества, которые нужны всем другим животным, чтобы выжить. Без них люди вместе с другими животными не выжили бы, потому что у них не было бы еды.

Фотоавтотрофы также важны, потому что они поглощают углекислый газ, побочный продукт дыхания у гетеротрофов. Кроме того, фототрофы выделяют кислород в результате фотосинтеза, и животные нуждаются в этом кислороде, чтобы выжить.

Типы фотоавтотрофов

Зеленые растения

Почти все растения являются фотоавтотрофами, за некоторыми исключениями, такими как Индийская труба (Monotropa uniflora). Эта категория зеленых растений включает в себя все различные формы растение жизнь, такая как деревья, мхи и травы. Растения являются важными источниками пищи в наземных экосистемах. Они могут сделать свою собственную энергию из света, потому что они производят молекула хлорофилл в органеллах называют хлоропластами в своих клетках. Хлорофилл поглощает свет и передает свою энергию частям растения, которые могут использовать эту энергию. Это также дает растениям их зеленый цвет. Индийская труба утратила способность вырабатывать хлорофилл, поэтому она не может производить свою собственную энергию из света. Вместо этого он паразитирует вид деревьев и грибы и «крадет» их питательные вещества.

бактерии

Некоторые бактерии являются фотоавтотрофами; большинство из них называются цианобактериями или сине-зелеными бактериями (ранее назывались сине-зелеными водоросли ). Как и растения, цианобактерии также продуцируют хлорофилл. На самом деле, цианобактерии ответственны за происхождение растений. Миллионы лет назад цианобактерии были помещены в клетки, где они могли производить пищу для этих клеток в обмен на место для жизни. Это означает, что хлоропласты в клетках растений на самом деле являются цианобактериями. Поскольку цианобактерии размножаются бесполым путем, эти хлоропласты являются копиями цианобактерий, которые давно проникли в клетки растений. Зеленые серные бактерии – это другой тип фотоавтотрофных бактерий, которые по своей природе похожи на цианобактерии, но они используют сульфид-ионы вместо воды во время фотосинтеза и не производят кислород.

морские водоросли

Водоросли бывают разных форм; они могут быть одноклеточными или многоклеточный (водоросли – это тип водорослей). Они являются важными производителями в водных экосистемах, но они также могут быть найдены в наземных. Не все водоросли произошли от одного и того же общего предка, и в результате только некоторые виды водорослей являются фотоавтотрофами. Как и другие фотоавтотрофы, водоросли являются важными производителями кислорода. Водоросли производят около половины кислорода в атмосфере.

Если в цвету водорослей расцветает слишком много водорослей, это может нарушить экосистема производя определенные токсины и делая питательные вещества менее доступными. Цветение водорослей часто вызывается деятельностью человека, такой как использование азотсодержащих удобрений и неправильная очистка сточных вод. Тем не менее, водоросли являются эффективными потребителями углекислого газа в атмосфере и могут также быть использованы в будущем в качестве источника биотоплива для замены ископаемого топлива.

Отличия от хемоавтотрофов

Хемоавтотрофы – это другой тип автотрофов. Как и фотоавтотрофы, они делают свою собственную еду, но для этого они используют энергию химических реакций, а не энергию света. Это позволяет им выживать в местах, где нет солнечного света, например на глубине океана. Некоторыми примерами хемоавтотрофов являются азотфиксирующие бактерии и железоокисляющие бактерии.

• автотрофного – организм, который производит свою еду.
• гетеротроф – организм, который не может производить свою собственную пищу и должен полагаться на потребление других организмов, чтобы выжить.
• Photoheterotroph – организм, который производит энергию из света, но использует о��ганические материалы для своего источника углерода вместо неорганического диоксида углерода, который используется фотоавтотрофами.
• фотосинтез – процесс, посредством которого фотоавтотрофы поглощают свет и преобразуют его энергию в химическую энергию для питания своих клеток.

викторина

1. Какие организмы НЕ являются фотоавтотрофами?A. морские водорослиB. ЦианобактерииC. ЛюдиD. яблони

Ответ на вопрос № 1

С верно. Люди – животные, и они не могут готовить себе еду из света. Водоросли и цианобактерии являются фотоавтотрофами, как и яблоня, так как это тип растения.

2. Какая молекула отвечает за поглощение света в клетках фотоавтотрофов?A. кислородB. ГемоглобинC. хлорофиллD. Хлорид натрия

Ответ на вопрос № 2

С верно. Хлорофилл – это молекула, которая поглощает свет в процессе фотосинтеза.

3. Что клетка органеллы осуществляет фотосинтез?A. Эндоплазматическая сеть B. рибосома C. митохондрия D. хлоропластов

Ответ на вопрос № 3

D верно. Хлоропласты содержат хлорофилл, который поглощает свет и преобразует его энергию в форму, которую организм может использовать. Эндоплазматический ретикулум сортирует и упаковывает белки, а рибосома – белки. Митохондрия производит энергию, но это происходит через клеточное дыхание не фотосинтез.

Источник

Автотрофный способ питания: определение, виды и примеры

Все живые организмы нуждаются в питательных веществах. Существует два способа их получения: автотрофный и гетеротрофный. Организмы, которые могут самостоятельно производить органические вещества, называются автотрофы. Они используют автотрофное питание и находятся в самом начале пищевой цепи. Однако такая классификация в биологии является условной, так как между двумя способами питания отсутствует ярко выраженная грань.

Определение понятия

Автотрофами называются существа, способные самостоятельно производить органические соединения из неорганических. Именно такое краткое определение можно дать этим организмам.

Несложно понять, что значит этот вид питания, — все необходимые для выживания вещества они получают из окружающей среды. Таким образом, можно отметить основные характеристики автотрофов:

• поглощают солнечную энергию и используют ее для синтеза органических соединений;
• в светлое время суток выделяют кислород;
• на свету поглощают углекислый газ;
• способны самостоятельно синтезировать из простых неорганических соединений органические.

В состав любой живой клетки на планете входит углерод либо его соединения. Жизнь на Земле основана именно на этом элементе. Организмы, использующие автотрофный способ питания, получают углерод из углекислого газа.

Основные виды

Для автотрофных организмов источником энергии может служить солнечный свет либо соединения, являющиеся продуктами химических реакций. Таким образом, их классификация зависит от вида энергетического источника. Автотрофы делятся на две группы:

Хемотрофы лишены способности поглощать солнечную энергию. В результате им приходится использовать альтернативный вариант — химическую реакцию окисления и восстановления с участием различных неорганических веществ. Фототрофные организмы обладают одной характерной чертой — в их клеточных структурах содержится хлорофилл.

Благодаря этому фотоавтотрофные существа используют двуокись углерода и воду для синтеза органических соединений с помощью фотосинтеза. Следует помнить, что некоторые организмы (бактерии и растения) могут при определенных условиях использовать не только автотрофный, но и гетеротрофный тип питания. Они выделены в отдельную категорию — миксотрофы. Отличным примером здесь может быть насекомоядное растение венерина мухоловка.

В его клетках присутствует хлорофилл, и оно способно создавать необходимые для жизни органические соединения из двуокиси углерода. Однако при необходимости это растение получает питательные вещества из пойманных насекомых.

В природе обитают существа и с другими типами питания, например, использующие осмотрофный способ.

Различия между типами питания

Автотрофным организмам не нужно искать пищу, так как они способны самостоятельно обеспечить себя всеми питательными веществами. К этой категории относятся большинство растений, некоторые бактерии, а также многоклеточные водоросли. Благодаря наличию хлорофилла для выживания им необходимы только солнечный свет, двуокись углерода, а также вода.

Гетеротрофы такой возможности лишены. Они могут питаться только теми органическими соединениями, которые были созданы автотрофными организмами. Эта категория включает в себя большую часть бактерий, животных и грибы. В результате можно точно сказать, что способ питания, характерный для людей, — гетеротрофный. Таким образом, автотрофы расположены в начале пищевой цепи. Именно эти организмы являются источником органических соединений для других существ.

Значение автотрофов

Организмы, для которых характерно автотрофное питание, можно назвать кормильцами живых существ. Именно они синтезируют органические соединения из неорганических веществ, обеспечивая тем самым питанием гетеротрофов. Этот факт говорит о том, что все живые организмы, обитающие на планете, в той или иной степени используют солнечную энергию.

Благодаря способности к фотосинтезу растения накапливают в своих тканях глюкозу в форме крахмала. Затем их употребляют в пищу гетеротрофные существа. В их организме крахмал превращается сначала в глюкозу, а затем в аденозинтрифосфат (АТФ). Это универсальный источник энергии. При этом не стоит забывать о побочном продукте процесса фотосинтеза — кислороде.

Это вещество не используется автотрофами и выделяется в окружающую среду. Однако кислород имеет жизненно важное значение для гетеротрофных организмов.

Источник