藻類植物

藻類植物

藻類植物,包括數種不同類以光合作用產生能量的生物。它們一般被認為是簡單的植物,並且一些藻類與比較高等的植物有關。雖然其它藻類看似從藍綠藻得到光合作用的能力,但是在演化上有獨立的分支。所有藻類缺乏真的根、莖、葉和其它可在高等植物上發現的組織構造。藻類與細菌和原生動物不同之處,是藻類產生能量的方式為光合自營性。關於藻類的研究叫作藻類學(Phycology或Algology)。

藻類植物Algae具有葉綠素、能進行光合作用、營自養生活的無維管束、無胚的葉狀體植物,

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一般生長在水體中。藻類植物有兩個特點:①藻體各式各樣,在外形上有時類似高等植物的 的構造,但在功能上都能進行光合作用、釋放氧氣,因而實際上藻體就是一個簡單的葉,也因此,藻類植物的藻體統稱為葉狀體;②它們的有性生殖器官一般都為單細胞,有的可以是多細胞的,但缺少一層包圍的營養細胞,所有細胞都直接參與 生殖作用

生物學特性

形態藻類植物體大小懸殊,最小的直徑只有1~2微米,肉眼見不到,而最大的長達60多米;形態相差很大,有單細胞、群體和多細胞。群體各體由許多單細胞個體群集而成。多細胞個體有絲狀體、囊狀體和皮殼狀體等,也有類似根、莖、葉的外形,但不具備高等植物那樣的內部構造和功能。
色素和光合作用藻類植物細胞含有各式各樣的色素,而不同的色素組成標誌著進化的不同方向,是分門的主要依據。但所有的藻類都含有葉綠素a和光合作用系統Ⅱ並能利用水作為氫的供體,在光合作用中釋放出氧氣。現在大氣中的游離氧氣主要是光合作用的產物,其中大半是藻類所產生。藻類的色素主要有4類:葉綠素、藻膽蛋白、胡蘿蔔素和葉黃素,其中除葉綠素a以外,β-胡蘿蔔素也普遍存在於各種藻類,只是在隱藻門數量較少而已。此外,藍藻門、紅藻門、和隱藻門還含有藻膽蛋白,隱藻門甲藻門黃藻門金藻門硅藻門褐藻門含有葉綠素c,原綠藻門、裸藻門、綠藻門和輪藻門含有葉綠素b,在紅藻門有的種類則含有葉綠素d。少數藻類在演化過程中營腐生或寄生生活,逐漸失掉葉綠素,成為沒有色素的藻類。

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生長繁殖藻類植物的生殖有營養體生殖、無性生殖和有性生殖。營養體生殖方法很多,有特殊的營養枝,如黑頂藻的繁殖枝,掉地後則獨立生長為新的個體;有依靠假根的繁殖方式,如海扇藻;也有依靠盤狀幼體以度夏或度冬。無性生殖主要依靠游孢子,這些一般具有1~4根鞭毛,葉綠體和眼點,沒有細胞壁,有自由遊動的能力;缺少鞭毛因而沒有遊動能力的孢子也不少,如藍藻門的內孢子,紅藻門的四分孢子,綠藻門的厚壁孢子等。有性生殖依靠配子,可以是同配或異配。同配由形狀大小一樣的配子相互接近,融合形成厚壁的合子,而異配則由大小不同,甚至形狀不一樣的配子融合形成合子。卵配是一種異配,其雌性細胞較大,一般不能遊動,而其雄性細胞較小,有兩根鞭毛,能自由遊動。紅藻的卵配尤其特殊,卵囊稱果胞,為一瓶狀構造,卵在瓶底,瓶頸即受精絲,而精子在精子囊內,不能遊動,隨水漂流,遇於受精絲則粘著上,精子破囊而出,順著受精絲進入果胞與卵子結合成為合子,後者立即發育成為一個雙倍體的果孢子體,寄生在雌性個體上。果孢子體成熟產生果孢子,發育則成為獨立的孢子體。

生態特徵藻類分布的範圍極廣,對環境條件要求不嚴,適應性較強,在只有極低的營養濃度、極微弱的光照強度和相當低的溫度下也能生活。不僅能生長在江河湖泊海洋,而且也能生長在短暫積水或潮濕的地方。從熱帶到兩極,從積雪的高山到溫熱的泉水,從潮濕的地面到不很深的土壤內,幾乎到處都有藻類分布。除輪藻門外的各門藻類都有海生種類。根據生態特點,一般分藻類植物為浮游藻類、飄浮藻類和底棲藻類。有的藻類,如硅藻門、甲藻門和綠藻門的單細胞種類以及藍藻門的一些絲狀的種類浮游生長在海洋、江河、湖泊,稱為浮游藻類。有的藻類如馬尾藻類飄浮生長在馬尾藻海上,稱為飄浮藻類。有的藻類則固著生長在一定基質上稱為底棲藻類,如藍藻門、紅藻門、褐藻門、綠藻門的多數種類生長在海岸帶上;這些底棲藻類在一些地方形成了帶狀分布,一般的說,在潮間帶的上部為藍藻及綠藻,中部為褐藻而下部則為紅藻。但中國海岸帶海域和亞熱帶海域的冬春兩季,高潮帶常有藍藻門的須藻,紅藻門的紫菜、小石花菜

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褐藻門的鼠尾藻,綠藻門的綠苔、滸苔;中潮帶常有紅藻門的海蘿,褐藻門的 萱藻和綠藻門的礁膜、 石蓴等。低潮帶及潮下帶種類很多,如紅藻門的石花菜、角叉藻、多管藻、凹頂藻,褐藻門的 海帶裙帶菜海蒿子綠藻門的海松。潮間帶還有許多石沼,為藻類的生長提供了良好的條件。還有兩種特殊的生態環境適宜於若干藻類群落的生長,如亞熱帶和熱帶的紅樹林,常有卷枝藻、鏈藻、鷓鴣菜在氣根上及樹幹基部上生長,熱帶海洋的珊瑚礁常有大量的仙掌藻屬植物。溫度是影響藻類地理分布的主要因素。海藻根據生長地點溫度的差異可分為3種類型:①冷水性種。生長和生殖最適溫小於4℃,其下又可分為適溫為0℃左右的寒帶種及適溫為0~4℃的亞寒帶種。②溫水性種。生長和生殖的最適溫為4~20℃,其下又可分為適溫為4~12℃的冷溫帶種和適溫為12~20℃的暖溫帶種。③暖水性種。生長和生殖適溫大於20℃,又可分適溫為20~25℃的亞熱帶種及適溫大於25℃的熱帶種。多數海藻對溫度的適應能力不強,因此在海水溫度變化大的海區,一年中種類的變化很大,冬天有冷水性藻類,夏天有溫水性藻類,它們能在較短的適溫時間內完成生命周期。但有些底棲海藻對溫度變化的適應能力很強,如石蓴幾乎在世界各地都能全年生長。淡水藻中多數硅藻和金藻類在春天和秋天出現,屬於狹冷性種;有些藍藻和綠藻僅在夏天水溫較高時出現,為 狹溫性種。光照是決定藻類垂直分布的決定性因素。水體對光線的吸收能力很強,湖泊10米深處的光強僅為水表面的10%;海洋100米深處的光強僅為水表面的1%;而且由於海水易於吸收長波光,還造成各水層的光譜差異。各種藻類對光強和光譜的要求不同,綠藻一般生活於水錶層,而紅藻、褐藻則能利用 等短波光線,可在深水中生活。水體的化學性質也是藻類出現及其種類組成的重要因素。如 藍藻裸藻容易在富營養水體中大量出現,並時常形成水華;硅藻和金藻常大量存在於山區貧營養的湖泊中;綠球藻類和隱藻類在小型池塘中常大量出現。此外,生活於同一水域的各藻類相互間的影響對它們的出現和繁盛也有重要作用,某些藻類能分泌物質抑制其他藻類的形成和發展。

經濟價值

藻類在經濟上的重要性主要表現在:
①藻類通過光合作用固定無機碳,使之轉化為碳水化合物,從而為水域生產力提供基礎。海洋浮游藻的總生產力估計每年為31×109噸碳。在食物鏈的轉換中,1千克魚肉約需100~1000千克浮游藻,因此浮游藻類資源豐富的海區都是世界著名漁場所在地,而浮游藻類的產量就成為估算海洋生產力的指標。
②在池塘魚類養殖中一般根據水色判斷水質,而水色是由藻類的優勢種及其繁殖程度決定的。如血紅眼蟲藻占優勢種時表現紅色水華,說明水質貧瘦;衣藻占優勢時呈墨綠色水華且有粘性水泡,表示水質肥沃;微囊藻顫藻腥藻占優勢時池水呈銅銹色紗絮狀水華,味臭有害於魚;藍裸甲藻占優勢形成的藍色水華是養殖、非鯽高產魚池的典型水質之一,但繁殖過盛也會使水質惡化造成魚類泛池。此外,扁藻、杜氏藻、小球藻等單細胞藻類蛋白質含量較高,是貝類、蝦類和海參類養殖的重要天然餌料。

藻類植物 藻類植物

③固氮藍藻是地球上提供 化合氮的重要生物,也是可利用的重要生物氮肥資源。目前已知固氮藍藻有120多種,在每公頃水稻田中固氮量達16~89千克。
④褐藻門的海帶、裙帶菜,紅藻門的紫菜,藍藻門的髮菜,綠藻門的石蓴和滸苔等都是重要的食用藻類。
⑤藻類在工業上的用途主要是提供各種藻膠。褐藻門的海帶、昆布、裙帶菜、鹿角菜、羊棲菜等除供食用外,可作為提碘、甘露醇及褐藻膠的原料。巨藻、泡葉藻及其他馬尾藻也可作為提取褐藻膠的原料。褐藻膠在食品、造紙、化工、紡織工業上用途廣泛。從石花菜、江蘺、仙菜等可提取瓊膠用作醫藥、化學工業的原料和微生物學研究的培養劑。從紅藻門的角叉 麒麟 杉藻沙菜銀杏藻叉枝藻蜈蚣藻海蘿伊穀草等藻類中,可提取在食品工業上有廣泛用途的卡拉膠

起源演化

藻類植物可以是從原始的光合細菌發展而來的。光合細菌具有細菌綠素,利用無機的硫化氫作為氫的供應者,產生了光系統Ⅰ。原始藻類植物,如藍藻類所具有的葉綠素a,很可能是由細菌綠素進化而來的。藍藻類利用廣泛存在的水為氫的供應者,具有光系統Ⅱ,通過光合作用產生了氧。隨著藍藻類的產生,光合細菌類逐漸退居次要地位,而放氧型的藍藻類則逐漸成為占優勢的種類,釋放出來的氧氣逐漸改變了大氣性質,使整個生物界朝著能量利用效率更高的喜氧生物方向發展。這個方向的進一步發展就產生了具有真核的紅藻類,同時,類囊體單條地組成為葉綠體,但集光色素基本上一樣,仍以藻膽蛋白為集光色素。藍藻和紅藻的集光色素,藻膽蛋白,需用大量能量和物質合成,是很不經濟的原始類型,所以只能發展到紅藻類,形成進化上的一個盲枝。藻類植物的第二個發展方向是在海洋里產生含葉綠素a和葉綠素c的雜色藻類。葉綠素c代替了藻膽蛋白,進一步解決了更有效地利用光能的問題。在開始的時候,藻膽蛋白仍繼續存在,如在隱藻類,但進一步的進化,效率較低的藻膽蛋白沒有繼續存在的必要而逐漸被淘汰,所以在比隱藻類較為高級的種類,如在甲藻類硅藻類,除葉綠素a以外,只有葉綠素c,而藻膽蛋白消失了。迄今,海洋仍為含有葉綠素c的種類,包括甲藻類、金藻類、黃藻類和硅藻類等浮游藻類和褐藻類的底棲藻類,占據優勢。但這個類群不能離開水體,仍是一個盲枝。

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藻類植物的第三發展方向是在海洋較淺處產生綠色植物。它們除了葉綠素a以外,還產生了葉綠素b。據科學家估計,葉綠素a+b系統比之葉綠素a+藻膽蛋白系統,光合作用效率高出了3倍,也高於葉綠素a+c系統。這是藻類植物進化的主流。很可能十幾年前發現的原綠藻就是這類植物的祖先。原 綠藻植物出現的時間可能與原核的雜色藻類(尚未發現)差不多,但由於某種原因,可能與當時的大氣光照條件有關,雜色藻類大量發展起來而原綠藻卻停留在原始狀態。後來,環境條件變為較為適合於葉綠素b生物的生長,從原綠藻植物就產生了真核的綠藻類。它們不但已產生了葉綠體,而且已經有了比較其他藻類更加進步的光合器,即具有基粒的葉綠體。就是這類植物終於登入,進一步演化為苔蘚植物、蕨類植物及種子植物。幾億年前地球大氣的含氧量已達到現在大氣的百分之十,形成了臭氧禁止層,阻擋了殺傷生物的紫外線,使陸地具備了生命生存的條件。登上陸地後,光合生物的進化速度大大加快,在大約5億年內就從原始的陸地植物發展到高等的種子植物。

系統分類

藻類植物共約為2100屬,27000種。根據所含色素、細胞構造、生殖方法和生殖器官構造的不同,分為綠藻門、裸藻門、輪藻門、金藻門、黃藻門、硅藻門、甲藻門、藍藻門、褐藻門和紅藻門。
綠藻門一般都呈草綠色,有單細胞、群體和多細胞種類,外形呈絲狀、片狀及管狀等,還有多核胞的種類,形成如蕨類植物分枝的藻體。細胞壁主要為纖維素。色素體的形狀、數目視種類而異。所含色素成分與高等植物相同。很多屬、種的色素體上有蛋白核。繁殖方式為細胞分裂和產生各種類型的遊動和不動孢子,有性生殖有同配、異配及卵配生殖等方式。遊動細胞一般有2或4條頂生、等長的鞭毛。綠藻門中單細胞、群體和遊動的種類為常見的浮游藻石蓴目蕨藻目管枝藻目粗枝藻目均為大型底棲海藻。
裸藻門亦稱眼蟲藻門,多為單細胞,無細胞壁,有些種類有一層具彈性的表質膜,細胞可以伸縮改變形狀,也有的種類有一個固定形狀的囊殼。所含色素與綠藻門相似,有的種類無色或具紅色素。遊動細胞具1~3條頂生的鞭毛。無性繁殖為縱分裂,有性生殖少見。多數生長於含有機質豐富的小型靜水水體中,尤其是暖季陽光充足時常大量繁生形成膜狀水華,使水呈濃綠、紅或其他顏色。

藻類植物 藻類植物生長

輪藻門所含色素和同化產物與綠藻相似。藻體大型、直立,中軸(莖)部分明顯分化為節與節間,每個節上輪生小枝和側枝。細胞單核。有性生殖器官發達,具藏精器和藏卵器,均生於小枝上。地下假根可行營養繁殖。叢生於水底、淡水或半鹹水中,尤以 稻田沼澤池塘湖泊中更為常見,喜含鈣質豐富的硬水和透明度較高的水體。
金藻門多為單細胞或群體,遊動種類多不具細胞壁;有壁的種類主要由果膠質組成,壁上有矽質或鈣質的小片。色素體金褐色,除含葉綠素、 胡蘿蔔素外,葉黃素主要為墨角藻黃素,還有硅藻黃素及矽甲黃素等。貯藏物為金藻 昆布糖和油。繁殖時借分裂產生游孢子或內壁孢子;有性生殖主要為同配生殖。
黃藻門為單細胞、群體、多核管狀體或多細胞的絲狀體。許多種類的營養細胞壁由大小相等或不相等的兩片套合組成。色素體黃綠色,主要成分是葉綠素、胡蘿蔔素和葉黃素。貯藏物為金藻昆布糖和油。營養細胞和生殖細胞具2條不等長的鞭毛。繁殖時產生游孢子或不動孢子;少數行有性生殖,常為同配生殖。
硅藻門一般為單細胞,細胞壁含果膠質和二氧化矽, 硅藻細胞形似小盒,由上殼和下殼兩瓣套合而成,殼面上有花紋,還常有角狀、刺狀或刺毛狀的突出物。色素體除含葉綠素和胡蘿蔔素外,還有 硅藻素、墨角藻黃素等,貯藏物主要為油。通常以細胞分裂方法繁殖;有性生殖為不動配子的接合生殖或卵配生殖,合子發育經過復大孢子階段。
甲藻門多數為具雙鞭毛的單細胞個體,細胞壁含纖維素,常由許多固定數目的小甲板按一定形式排列組成,也有不具小甲板的。色素體除含葉綠素、胡蘿蔔素外,還含有幾種葉黃素,如矽甲黃素、甲藻黃素及新甲藻黃素等,細胞呈棕黃色,也有粉紅色或藍色的。貯藏物為澱粉和油。腐生或寄生。有些種類細胞內有特殊的甲藻液泡和刺絲胞等構造。繁殖方法為細胞分裂或產生游孢子;有性生殖為同配或異配,但少見。
藻類植物 藻類植物

藍藻門舊稱藍綠藻門。無色素體、細胞核等細胞器,與細菌同屬原核生物。藻體為單細胞、絲狀或非絲狀的群體,色素除葉綠素、胡蘿蔔素外還有幾種特殊的葉黃素及大量的藻膽素。貯藏物以藍藻澱粉為主。無色中央區僅含有相當於細胞核的物質,無核膜及核仁,稱為“ 中央體”。生殖一般借細胞分裂,有些種類形成孢子。多喜生於含氮量高的鹼性水體中,有的種類能在溫度較高的溫泉中生長。
褐藻門均為多細胞體,有些種類體型很大,構造也較複雜,最簡單的是絲體狀。色素體呈褐色,除含葉綠素及胡蘿蔔素外,還含大量墨角藻黃素。貯藏物為褐藻澱粉及甘露醇。以產生游孢子或不動孢子繁殖,有性生殖為同配、異配或卵配。遊動細胞梨形,側生兩根不等長的鞭毛,多數種類有世代交替。許多 大型褐藻為冷水性海藻,資源頗豐富。海帶在中國北部及東南沿海已大量人工養殖。
紅藻門絕大多數為多細胞體,體長從幾厘米到數十厘米。一般為紫紅色,也有褐色或綠色的。除含葉綠素和胡蘿蔔素外,還含有藻膽素(藻紅素及藻藍素)。貯藏物為紅藻澱粉。繁殖方法為產生孢子和卵配生殖,都不具鞭毛。有性生殖過程複雜,雌性生殖器稱為果胞,其前端有一延長部分稱為受精絲,精子附著受精絲上受精。大多數紅藻都有世代交替。

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參考資料

1.http://www.wiki.cn/wiki/%E8%97%BB%E7%B1%BB%E6%A4%8D%E7%89%A9

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