藻类环境生理学.

藻类环境生理学第一章绪言一、海洋植物的组成海洋植物（marineplants）是海洋中利用叶绿素进行光合作用以生产有机物的自养型生物。海洋植物属于初级生产者。海洋植物门类甚多，从低等的无真细胞核藻类（即原核细胞的蓝藻门和原绿藻门），到具有真细胞核（即真核细胞）的红藻门、褐藻门和绿藻门，及至高等的种子植物等13个门，共1万余种。海洋植物藻类种子植物海藻是海洋生物中的一个大家族。从显微镜下才能看的见得单细胞硅藻、甲藻，到高达几百米的巨藻，有8000多种。褐藻是海洋中特有的藻类植物，其特点就是体型巨大，巨藻、墨角藻、囊叶藻、海带、马尾藻就是其中著名的褐藻。海带是中国人民喜欢食用的海产品。它不但海味十足，而且营养丰富，含有碘等多种矿物质和多种维生素，能够预防和治疗甲状腺（俗称大脖子）病。具有食用和药用价值的海藻还有中紫菜、裙带菜、石花菜等等。二、海藻和海洋环境藻类虽然在海洋中广泛分布，但是也受到自然环境的严重限制，它们的生存空间只占海洋的很小一部分。海洋环境的各种因子，如温度，光照，营养盐，盐度，上部混合层，洋流等都显著影响到了藻类的生长与生存。温度条斑紫菜坛紫菜我国栽培紫菜的分布光照透明度、深度、消光系数水体对光线的吸收能力很强，湖泊10米深处的光强仅为水表面的10%；海洋100米深处的光强仅为水表面的1%；而且由于海水易于吸收长波光，还造成各水层的光谱差异。各种藻类对光强和光谱的要求不同，绿藻一般生活于水表层，而红藻、褐藻则能利用绿、黄、橙等短波光线，可在深水中生活。其它控制因子营养盐，海底底质，潮汐，海流等三、海藻在海洋中的重要性初级生产力藻类50%，陆地植物50%生物量藻类1%!生物泵Thebiologicalpump,istheocean’sbiologicallydrivensequestrationofcarbonfromtheatmospheretothedeepsea.Itisthepartoftheoceaniccarboncycleresponsibleforthecyclingoforganicmatterformedbyphytoplanktonduringphotosynthesis,aswellasthecyclingofcalciumcarbonate(CaCO3)formedbycertainplanktonandmollusksasaprotectivecoating.1%Redtideisacommonnameforaphenomenonknownasanalgalbloom(largeconcentrationsofaquaticmicroorganisms)whenitiscausedbyafewspeciesofdinoflagellatesandthebloomtakesonaredorbrowncolor.Redtidesareeventsinwhichestuarine,marine,orfreshwateralgaeaccumulaterapidlyinthewatercolumn,resultingincolorationofthesurfacewater.Itisusuallyfoundincoastalareas.赤潮，绿潮，褐潮……赤潮是一种世界性的公害，美国、日本、中国、加拿大、法国、瑞典、挪威、菲律宾、印度、印度尼西亚、马来西亚、韩国等30多个国家和地区赤潮发生都很频繁。首先，赤潮的发生，破坏了海洋的正常生态结构，因此也破坏了海洋中的正常生产过程，从而威胁海洋生物的生存。其次，有些赤潮生物会分泌出粘液，粘在鱼、虾、贝等生物的鳃上，妨碍呼吸，导致窒息死亡。含有毒素的赤潮生物被海洋生物摄食后能引起中毒死亡。人类食用含有毒素的海产品，也会造成类似的后果。再次是大量赤潮生物死亡后，在尸骸的分解过程中要大量消耗海水中的溶解氧，造成缺氧环境，引起虾、贝类的大量死亡。四、藻类的经济价值食品：我国利用藻类作为食品，不但有悠久的历史，食用的种类和方法之多，也是世界闻名的。据初步统计，我国所产的大型食用藻类至少有50～60种，经常作为商品出售的食用藻类主要是海产藻类，如礁膜（Monostromanilidum）、石莼（Ulvalactula）、海带（Laminariajaponica）、裙带菜（Undariapinnatifida）、紫菜（Porphyrasp．）、石花菜（Gelidiumamansii）等。商品食用淡水藻类有地木耳（Nostoccommume）和发菜（Nostoccommumevar.flagelliforme）。由于单细胞藻类中含有丰富的营养物质，又有繁殖快，产量高的特点，大面积培养单细胞藻类作为人类食用或家畜的精饲料，也早已引起人们的重视，如螺旋藻，小球藻等。药物：有的直接作为药用，例如褐藻中的海带、裙带菜、羊栖菜（Sargassumfusiforme）等，都有防治甲状腺肿大的功效。红藻中的鹧鸪菜（Caloglos-saleprieurii）和海人草（Digeneasimplex）可作为驱除蛔虫的特效药。从褐藻中提取的藻胶酸、甘露醇和红藻中提取的琼胶也在医学中广泛应用，例如藻胶酸盐可作为制造牙模和止血药物的原料；甘露醇有消除脑水肿和利尿的效能。工业：以藻类为原料所制成的产品，特别是藻胶酸盐，已广泛应用于工业生产中。例如琼胶在食品工业中可作为凝固剂和糖一起制成软糖，和淀粉一起制成包糖用的糯米纸，制面包时加入琼胶可以使面包保持长期的松软，加入果子露中，可制成冷冻果汁；制鱼、肉罐头时加入琼胶，可以保持鱼、肉的原形，不致在运输中散开；在日本和欧美各国，还用琼胶作为酿造酒、醋、酱油的澄清剂。在建筑业中，藻胶酸除用以粉刷墙壁、水泥加固、涂敷木材、金属品和工作母机外，还可以制成格子板和油毡的代用品。第二章藻类概述一、藻类的定义与主要特征二、形态构造三、个体形态及演化四、藻类繁殖方式五、藻类的生活史六、分类1.藻类学（phycologyoralgology）是研究藻类（algae）的科学。Phycology一词来源于希腊单词phykos，意思是海藻（seaweed）。2.藻类是低等植物，分布广，绝大多数生活于水中。3.个体大小相差悬殊，小球藻3-4μm，巨藻长60m。4.具叶绿素chlorophy11，能进行光合作用的自养型生物autotrophicplant。5.没有真正的根、茎、叶的分化，又称叶状体植物。6.繁殖器官简单，以单细胞的孢子或合子进行繁殖，无胚，又叫孢子植物sporeplant。总之，藻类是无胚而具叶绿素的自养叶状体孢子植物。一、藻类定义与主要特征Algaeareaverylargeanddiversegroupofeukaryoticorganisms,rangingfromunicellulargenerasuchasChlorellaandthediatomstomulticellularformssuchasthegiantkelp,alargebrownalgathatmaygrowupto50metersinlength.Thelargestandmostcomplexmarinealgaearecalledseaweeds.Thereisnogenerallyaccepteddefinitionofalgae.Onedefinitionisthatalgaehavechlorophyllastheirprimaryphotosyntheticpigment.Otherauthorsexcludeallprokaryotesandthusdonotconsidercyanobacteria(blue-greenalgae)asalgae.AvarietyofalgaegrowingontheseabedinshallowwatersofftheNewSouthWalescoastThekelpforestexhibitattheMontereyBayAquarium.Athree-dimensional,multicellularthallus.Phytoplankton二、形态构造藻类细胞的形态多种多样：球形、椭圆形、卵圆形、多角形、三角形、圆筒形、圆柱形、纺锤形、纤维形、新月形等。藻体细胞结构都可分化为细胞壁和原生质体两部分。后者包括细胞质和细胞核，原生质内有色素或色素体、蛋白核、同化产物等。1.细胞壁细胞壁的有无、化学成分和构造，各门类不尽相同裸藻、隐藻、少数甲藻和金藻无细胞壁绿藻门的主要由纤维素和果胶质(pectin)组成硅藻的主要成分为SiO2.nH2O红藻、褐藻等主要成分为纤维素和藻胶phycoeolloid硅藻Coccolithphore&dinoflagellate2.细胞核除蓝藻细胞无典型的细胞核外，其余各门藻类的细胞大多具有一个细胞核，少数种类具有多个细胞核。细胞核具有核膜（nuclearmembrane），内含核仁（nucleolus）和染色质（chromatin），这种细胞核叫真核（eukarya）。这类生物因而被称为真核生物（eukaryote）。3.色素（pigment）和色素体（chloroplast）色素成分可分为4大类：叶绿素（chlorophyll）、胡萝卜素（carotene）、叶黄素（lutein）和藻胆素（phycobelin）。各门藻类因所含色素不同，因此藻体呈现的颜色也不同，如绿藻门为鲜绿色、金藻门呈金黄色、蓝藻门多为蓝绿色等。除蓝藻和原绿藻外，色素均位于色素体内。※色素体是藻类光合作用的场所，形态多样，有杯状、盘状、星状、片状、板状和螺旋带状等。※色素体位于细胞中心（称轴生）或位于周边，靠近周质或细胞壁（称周生）。P15，不同藻类所含色素成分的异同点4004505005506006507007500102030405060708090Absorption(arbitraryunit)Wavelength(nm)ChlaChlb-Carotene不同色素的吸收光谱浮游植物群落甲醇提取物的吸收光谱4.线粒体线粒体，是一种存在于大多数细胞中的由两层膜包被的细胞器，直径在0.5到10微米左右。大多数真核细胞拥有线粒体，但它们各自拥有的线粒体在大小、数量及外观等方面上都有所不同。线粒体拥有自身的遗传物质和遗传体系，但因其基因组大小有限，所以线粒体是一种半自主细胞器。线粒体是细胞内氧化磷酸化和合成三磷酸腺苷（ATP）的主要场所，为细胞的活动提供了能量，所以有“细胞动力工厂”之称。除了为细胞供能外，线粒体还参与诸如细胞分化、细胞信息传递和细胞凋亡等过程，并拥有调控细胞生长和细胞周期的能力。5.同化产物各门藻类的色素成分与比例不同，光合作用同化产物不同。蓝藻门－蓝藻淀粉褐藻门－褐藻淀粉＋甘露醇黄藻门＋硅藻门－以脂肪为主甲藻门－淀粉或淀粉状化合物绿藻门－淀粉红藻门－红藻淀粉绿藻的贮藏物都在色素体内，而其他藻类的贮藏物均在色素体外。6.蛋白核(pyrenoid)蛋白核是绿藻等藻类中常有一种细胞器，由蛋白质核心＋淀粉鞘（starchsheath）组成。与淀粉形成有关，又称之为造粉核。7.鞭毛（flagellum）运动胞器。除蓝藻和红藻外，其余各门藻类营养细胞和生殖细胞均具鞭毛或仅生殖期具鞭毛的种类。8.眼点(eyespot)具鞭毛能运动的藻细胞，常具一个橘红色，球形或椭圆形的眼点，位于细胞前端，具感光作用。三、个体形态及演化单细胞类型unisellular：群体类型colonial：丝状体类型filamenfous：异丝体类型：管状体类型siphanaceous:浒苔膜状体类型parenchyma:石莼、礁膜假薄壁组织类型pseudoparenchyma:单细胞类型群体类型丝状体类型异丝体类型管状体类型膜状体类型四、藻类繁殖方式其繁殖方式可分为2种：无性繁殖(asexualpropagation)有性繁殖(sexualpropagation)（