Улотрикс обитает в быстро текущей воде, представляет собой длинные (в Неве до 30 см), неразветвленные нити, состоящие из коротких цилиндрических клеток. Нити образуют дернинки, которые прикрепляются к различным подводным предметам чуть ниже уровня воды.
Мужоция живет в реках, прудах, озерах, канавах. Ее нити меняют цвет от бледно-серого до ярко-зеленого. Объясняется эта особенность движением хроматофора внутри клеток. Он пластинчатый, протянут во всю длину клетки и свободно передвигается в ней. При ярком освещении хроматофор поворачивается к источнику света ребром, его почти не видно и нить становится бледно-серой с чуть заметным зеленоватым оттенком. При недостаточном освещении хроматофор поворачивается широкой стороной к источнику света и нити наливаются интенсивным зеленым цветом.
Зигнема обитает в стоячих и проточных водоемах. Нити ее иногда развиваются в больших количествах.
Каждый вид водорослей собирают обычно летом или в начале сентября в отдельные банки с небольшим количеством воды. Воду из водоема для подлива к культурам водорослей наливают также в отдельную большую банку. Водоросли в виде дернинок, клубков нельзя оставлять надолго неразобранными, так как они могут погибнуть. Не позже чем через сутки нужно все разобрать, освободить от представителей фауны и разложить в приготовленные заранее сосуды.
Водоросли лучше живут и развиваются в стеклянных невысоких сосудах с широким дном (кристаллизаторы, чашки Коха, для небольших количеств водорослей — чашки Петри), особенно если их в сосудах значительно меньше, чем воды. Большинство водорослей предпочитают нейтральную или слабощелочную среду (рН 7,0–7,6). Если среда кислая, в нее для нейтрализации можно по каплям внести раствор соды (Na2CO3).
Прямой солнечный свет недопустим при содержании водорослей в искусственных условиях. Их помещают на северо-восточном, северном или в крайнем случае на восточном окне. Зимой благоприятна температура не выше 10–12 °C, летом — 16–18 °C. Зимой водоросли подсвечивают, используя люминесцентные лампы на расстоянии 6–7 см от сосудов. Можно использовать лампы накаливания, но их следует опускать в отдельный (без водорослей) сосуд с водой, иначе может быть перегрев, вызывающий гибель культур. Оптимальный вариант светового режима водорослей в зимний период — это сочетание естественного и искусственного освещения. Водоросли лучше выживают при добавлении в воду питательного раствора Кнопа[2].
Зеленые водоросли используют на уроках. Например, изучал клетку в натуре и последовательно на таких объектах, как водоросли, папоротники, высшие растения, простейшие животные, учащиеся с большой степенью самостоятельности и интереса приходят к выводу о единстве строения, о родственных связях, о единстве происхождения различных организмов.
Использование аквариумных водорослей поможет также в изучении понятия ароморфоза (переход от одноклеточности к многоклеточности). При изучении в VI классе одноклеточных зеленых водорослей учитель обычно демонстрирует наземную водоросль плеврококк, у которой одиночные клетки иногда на некоторое время соединяются между собой. При изучении нитчатых водорослей и рассматривании под микроскопом спирогиры учащиеся наблюдают многоклеточность, но в самой примитивной форме — нить из одного ряда клеток; при демонстрации кладофоры наблюдают дальнейшее усложнение морфологии — кустики из однородных нитей.
Рассматривая под микроскопом при изучении темы «Клетка» клетки кожицы лука, учащиеся V класса, конечно, испытывают эмоциональный подъем, так как впервые в жизни самостоятельно готовят препарат, работают с микроскопом. Но впечатление, возникающее при знакомстве с нителлой, незабываемо. Клетки ее очень красивы, окрашены в изумрудный цвет. Так как они достаточно крупные (отчетливо видны при увеличении в 30–40 раз), их легко рассмотреть под лупой. Расстояние между узлами стебелька — это одна клетка. Иногда длина этих клеток достигает 15–20 мм при толщине до 0,5 мм (обычно клетки растений имеют 50 мкм в поперечнике).
Учащиеся приходят в восторг от наблюдения за движением цитоплазмы[3]. Это для них открытие. Причем учитель может организовать урок так, что открытие станет самостоятельным, и это принесет особую радость учащимся. Движение — один из признаков живого. Школьники наглядно убеждаются в том, что клетки, а следовательно все растения, — это живые организмы.
Рассмотрение строения клеток спирогиры в VI классе при изучении нитчатых водорослей позволяет развить понятие о многообразии растительных клеток.
Для приготовления препарата спирогиры ее выдерживают в течение 2–3 сут. в дистиллированной воде. При этом хроматофоры раздвигаются, что облегчает их рассмотрение, и ядро становится доступным для обозрения. Крахмальные зерна хорошо видны при окрашивании препарата слабым раствором йода.
Другие нитчатые водоросли — улотрикс, зигнема, мужоция — сохраняют общие признаки, а именно нитчатый тип строения, но отличаются друг от друга разнообразием форм хроматофоров. Так, у улотрикса он похож на незамкнутый поясок, у зигнемы — звездчатый (2 хроматофора), у мужоции — в виде пластинки.
Изучение этих водорослей возможно только во внеклассной работе, результаты которой используются на уроке при изучении соответствующего материала. В уголке живой природы могут быть поставлены различные опыты с водорослями: выяснение оптимальных условий их содержания, образование запаса питательных веществ, дыхание и т. п. Составленные учителем задания, особенно для учащихся средних классов, помогут им более четко и правильно выполнить эти наблюдения.
Моховидные — представители высших растений. Тело большинства из них состоит из побега, разделенного на стебель, и листьев (фонтиналис). У некоторых представителей, стоящих на более низкой ступени организации, тело — это таллом, слоевище (риччия). Это доказывает сходство слоевищных мхов и низших растений и наряду с другими признаками (неразрывная связь с водной средой, невозможность размножения без нее, сам процесс размножения и развития) указывает на их родственные связи и общность происхождения.
Корней у мохообразных нет, но есть у ряда видов ризоиды — одноядерные, многоклеточные волоски, отчасти заменяющие корни.
Водяные мхи играют значительную роль в жизни пресных водоемов, участвуя в процессах зарастания и заболачивания. Общее число водяных мхов достигает в некоторых водоемах 15 и более видов. Обычно это видоизмененные прибрежные растения, но при развитии в погруженном состоянии они так видоизменяются, что их трудно определить даже специалистам.
Из отечественных мхов в аквариумах можно успешно выращивать следующие: риччию плавающую, фонтиналис противопожарный.
Риччия плавающая распространена в теплых районах европейской части СССР, на Кавказе, в Средней Азии, Сибири и на Дальнем Востоке. Принадлежность ее к классу печеночников характеризуется отсутствием побегов. Тело ее состоит из вильчато разветвленного слоевища, образующего плотные подушки на поверхности воды. При хорошем освещении риччия сохраняется в аквариуме всю зиму, и в лабораторных условиях можно наблюдать особенности ее строения, размножения, значение для животного населения аквариума (рис. 2). Демонстрация риччии на уроках ботаники и общей биологии при сравнении с низшими растениями и листостебельными мхами может быть направлена на развитие эволюционного понятия о постепенном усложнении организации растительного мира. Учащиеся на наглядном материале наблюдают это усложнение: одноклеточные → многоклеточные нитчатые → слоевищные → листостебельные растения.
Таким образом, растения аквариума могут быть представлены в учебном процессе как своеобразная модель развития растительного мира.
Фонтиналис противопожарный по сравнению с риччией в эволюционном отношении более совершенный организм, обладает ветвящимся стеблем и трехрядно расположенными на нем листьями. Растение прикрепляется к камням и грунту подушкообразным сплетением ризоидов. В СССР фонтиналис распространен повсеместно, но предпочитает чистую воду. Во взмученной воде быстро покрывается грязью и начинает деградировать. В аквариумах фонтиналис успешно растет при хорошем освещении, но не под прямыми солнечными лучами, под которыми он быстро покрывается нитчатыми зелеными водорослями и погибает. Температура воды должна быть не выше 18–20 °C. Лучше фонтиналис приживается, если взять его из природного водоема вместе с тем субстратом, к которому он там был прикреплен, например с камнем (рис. 3).
Свое видовое название фонтиналис противопожарный получил в связи с тем, что стебли мха даже в сухом виде не горят, поэтому его используют иногда для законопачивания деревянных построек. Листья фонтиналиса состоят из одного слоя клеток, поэтому их легко рассмотреть под микроскопом. В результате делается вывод о единстве строения клеток различных организмов, что в свою очередь, способствует развитию понятия о единстве происхождения живой природы. Такой вывод формируется на основании уже накопленных учащимися соответствующих наблюдений: рассматривание клеток кожицы лука и других высших растений, водорослей, мха. Кроме того, учащиеся могут проследить эволюцию важнейшего органа растения — листа. У мха учащиеся наблюдают самое примитивное строение листа (один слой клеток), далее у папоротников и последующих в эволюционном отношении растительных организмов они увидят усложнение этого органа.
Наконец, знакомство учащихся с водяными мхами обогащает их знания о многообразии растительного мира и приспособленности его представителей к различным условиям жизни.
Папоротниковидные. Папоротниковидные, так же как и мохообразные, — представители высших споровых растений. Папоротниковидные более сложны по строению (настоящие корни и хорошо развитые листья). В процессе эволюции эти растения приспособились к различным условиям среды, в том числе и к водной среде. В условиях школьного аквариума из папоротниковидных можно содержать представителей следующих родов: цератоптерис, марсилея, сальвиния (рис. 4, 5).