藻類的生態(tài)作用

藻類的生態(tài)作用

藻類是地球上最原始的自然生態(tài)植物。它能利用光能合成無機物質(zhì)，以滿足自身需要。在自然界，藻類幾乎到處都分布，但它主要生長在水中（淡水或海水），以及潮濕的巖石和樹干上。墻壁、土壤表面及下層也有分布.在水中生活的藻類,有的浮游于水中,有的固著于水中巖石上或附著于其他植物體上.藻類植物在形態(tài)上千差萬別,小的只有幾微米,大的肉眼可見,最大的面積可達(dá)60m2以上,藻體結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜,但是盡管藻體有大小和簡單復(fù)雜的區(qū)別,但它們基本沒有根、莖、葉的分化.化石記錄,大約在35～33億年前,地球上的水體中首先出現(xiàn)了原核藍(lán)藻,15億年前,已有和現(xiàn)代藻類相似的有機體存在.因此藻類植物是一群古老的植物,從現(xiàn)代藻類的形態(tài)、構(gòu)造、生理等方面也反映出藻類是最原始的植物,如藻類植物進(jìn)行光合作用的是載色體,無真正的葉綠體,載色體上所含的色素及同化產(chǎn)物也不盡相同;植物體具蛋白核,有的藻類如藍(lán)藻門植物沒有真正的細(xì)胞核,在細(xì)胞分裂過程中出現(xiàn)中核,如裸藻門、甲藻門的植物;繁殖方式多種,有簡單的營養(yǎng)繁殖、無性繁殖及接合生殖.藻類與人們的日常生活密切相關(guān),多種海產(chǎn)藻類如海帶、裙帶菜、紫菜、石花菜是人們最常食用的藻類,這些藻類營養(yǎng)價值很高,含大量的糖類、蛋白質(zhì)、脂肪、各種維生素和有機碘.近年來,螺旋藻的藥用價值得到充分肯定.藻類植物與水中的經(jīng)濟動物像魚類的關(guān)系密切,在各種水域中生長的藻類特別是小型藻類直接或間接地是水中經(jīng)濟動物如魚、蝦的餌料;在一定的環(huán)境條件下,藻類可能對養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生危害,有些藻類如綠球藻、直鏈藻可引起魚生病致死,魚池中生長大量顫藻和席藻可使魚肉變成一種難吃的沼澤土味;夏季,微囊藻、魚腥藻、囊絲藻大量繁殖形成的水華,甲藻過量繁殖形成的赤潮,對漁業(yè)都造成了嚴(yán)重的危害.在農(nóng)業(yè)上,人們挖掘藻類沉在水底后形成的有機淤泥作肥料,還常打澇海藻和淡水藻作為綠肥;利用有固氮作用的藻類固氮以提高土壤的肥力.藻類還是許多工業(yè)產(chǎn)品的原料,如從褐藻和紅藻中可提取許多物質(zhì)如藻膠酸、瓊膠、卡拉膠、碘化鉀、乳酸等.藻類在凈化廢水方面以及探礦的指示作用上也有不可忽略的作用.因此很長時間以來,藻類研究也是科學(xué)家們研究的一個重點,本文就5年來國內(nèi)的研究作以綜述,以期發(fā)現(xiàn)今后藻類研究的重點和發(fā)展的趨勢.1鼓藻屬和新農(nóng)屬藻類分類研究方面,比較多的工作者將目光投放在地區(qū)藻類的調(diào)查上,并由此發(fā)現(xiàn)了一些新紀(jì)錄,如王克勤等人對烏魯木齊南山八一林場山區(qū)的綠藻、鼓藻屬和新月屬的藻類做了初步調(diào)查,得到綠藻分屬3目、6科、11屬、12種,其中10種為新疆新紀(jì)錄,發(fā)現(xiàn)鼓藻屬和新月屬的20多個新紀(jì)錄;施之新,饒欽止報道了我國首次發(fā)現(xiàn)的13個具囊殼裸藻類的新種類;胡春香等對寧夏沙坡頭地區(qū)藻類進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)沙坡頭地區(qū)藻類植物共計40種,并對這些藻類的分布特點和多樣性進(jìn)行了研究.瓊次仁、衣艷君分別調(diào)查了拉薩和山東地區(qū)的藻類.在藻類資源調(diào)查方面做出工作的還有陳錫林、房英春、陳珊等.其中陳珊、胡鴻鈞在四川、廣東、湖北等地調(diào)查時,發(fā)現(xiàn)了團藻目6個屬的5個新種.從以上工作可以看出,在藻類的資源及分類研究方面,工作者們做出的工作大都集中在藻類紀(jì)錄的增補方面,擴展了一些藻類的分布地區(qū),豐富了地方的藻類資源,而在新種方面,這五年來增加的記錄并不多,這與這些被研究的藻類本身很微小、形態(tài)不易辨認(rèn)有關(guān).2藻體細(xì)胞結(jié)構(gòu)和成分的結(jié)構(gòu)在藻類的組成成分上,研究主要對準(zhǔn)的是色素及捕光色素蛋白、糖類、氨基酸類等.在色素方面,較早有袁建平等人(1997)提出用高效液相色譜法可測定藻類中類胡蘿卜素和葉綠素.李愛芬等人(1999)、陳敏等人(2000)則分別對藻類光合作用PSⅠ色素蛋白復(fù)合物和藻類PSⅡ捕光葉綠素蛋白復(fù)合物的結(jié)構(gòu)及長波熒光特性的研究進(jìn)展作了綜述,指出藻類葉綠素蛋白復(fù)合物的種類及其色素、蛋白組成要比高等植物變化多樣,并且代表著不同的進(jìn)化層次.在藻類的多糖及氨基酸等藥用成分的基礎(chǔ)研究方面,有孫建光等人(1998)對螺旋藻多糖的組成與功能及影響藻類多糖生成的因素作了綜述性研究,指出硝酸鹽是多糖合成的限制因素.陳素珍等人(1999)則測定了沙菜屬3種經(jīng)濟藻類的16種氨基酸和12種元素的含量,為藻類的開發(fā)和利用提供了依據(jù).徐年軍等人(2000)綜述了近10年來國內(nèi)外報道的26種微藻和34種大型藻的抗腫瘤活性以及相應(yīng)活性化合物的結(jié)構(gòu),對其中較重要者的作用機理作了較詳細(xì)的介紹.金屬硫蛋白也是研究的一個熱點,金屬硫蛋白(MT)是一類廣泛存在于生物體內(nèi)的低分子量、富含半胱氨酸、能被金屬離子誘導(dǎo)的金屬絡(luò)合蛋白,1957年首先從蓄積鎘的馬腎臟中分離得到,現(xiàn)在已有人在藻類中誘導(dǎo)提取得到,并在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了一些研究,認(rèn)為這類金屬硫蛋白與哺乳動物金屬硫蛋白結(jié)構(gòu)差異很大.陳正佳等人(1999)對ZnCl2誘導(dǎo)的藻內(nèi)類金屬硫蛋白結(jié)構(gòu)進(jìn)行圓二色性圖譜分析表明其二級結(jié)構(gòu)主要為無規(guī)卷曲,不含α-螺旋和β-折疊,無哺乳動物的金屬硫蛋白所具有的典型雙結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu).郭祥學(xué)等人(1997)將單細(xì)胞藍(lán)藻以50μmol/LZn2+誘導(dǎo)分離純化后得到類金屬硫蛋白,經(jīng)研究:其單體分子量為8750,N末端測定為纈氨基酸,氨基酸組成分析得每分子(56個氨基酸),含10個半胱氨酸,疏水氨酸較多,且含有芳香族氨基酸,原子吸收光譜測得每分子蛋白結(jié)合4個二價金屬.任育紅等人(2001)則用不同濃度的ZnSO4對綠藻門綠藻綱塔形亞目扁藻科扁藻屬亞心形扁藻進(jìn)行誘導(dǎo)培養(yǎng),結(jié)果表明扁藻類MT的合成隨著ZnSO4濃度的升高而增大,誘導(dǎo)效果明顯.隨著生物研究技術(shù)的發(fā)展以及一些技術(shù)在新領(lǐng)域的應(yīng)用,藻類成分的分析方法也有較大的發(fā)展,如冷春玲等(1998)利用掃描電鏡X射線能譜分析儀,對四種單細(xì)胞藻類細(xì)胞內(nèi)含有的元素種類進(jìn)行了分析;苑寶玲等(2001)采用固相萃取(SPE)和高效液相色譜法(HPLC)對藍(lán)綠藻肝毒素進(jìn)行富集與分離;何培民等(2002)應(yīng)用電鏡及免疫電鏡技術(shù)對萊茵藻、小球藻、條滸苔和紫菜等藻類的葉綠體蛋白核的超微結(jié)構(gòu)及主要組成成分進(jìn)行了觀察和研究,用金相免疫技術(shù)檢測結(jié)果顯示Rubisco和Rubisco活化酶均在蛋白核及淀粉鞘區(qū)域中定位,表明蛋白核具有光合作用功能.藻類肝毒素是飲水資源的一個大問題,而國內(nèi)在這方面的基礎(chǔ)研究很少報道,晏曉容(1999)對藻類肝毒素,即微囊藻毒素和節(jié)球藻毒素在分子結(jié)構(gòu)、急慢性毒性以及毒作用機制等方面的研究進(jìn)展作了綜述.浮游藻類是一類形態(tài)微小的藻類,對其營養(yǎng)成分的報道也不多,只有曹吉祥等(1997)研究了10種淡水常見的浮游藻類的營養(yǎng)組成,報道了淡水中綠藻、藍(lán)藻、隱藻、裸藻及硅藻等門的10種常見浮游種類的C、N、H元素組成,脂肪、糖、灰分含量以及氨基酸、脂肪酸含量及組成.結(jié)果表明,不同藻類之間營養(yǎng)組成差異很大.微囊藻、隱藻蛋白質(zhì)含量最高,其次為裸藻、綠藻,硅藻最低;氨基酸總量、必需氨基酸含量及主要氨基酸種類,不同藻類之間有差異,但EAA比例相差不大;脂肪酸組成的差異最明顯.何培民等人(2000)綜述了藻類葉綠體DNA特性及基因圖譜.3重金屬與藻類的相互作用在生理方面,藻類與植物生長物質(zhì)的關(guān)系是值得重視的一類研究.在這方面,有李敦海等人(1999)綜述了藻類與植物生長物質(zhì)的關(guān)系,指出今后藻類與生長物質(zhì)關(guān)系的研究,應(yīng)從其合成途徑方面多做研究,在研究方法上提出應(yīng)找出產(chǎn)生藻類可能存在的內(nèi)源生長物質(zhì)的位點,切除此位點,觀察藻類的生長發(fā)育;趙英魁(1997)研究了大麥草對淡水藻類生長的抑制作用.重金屬污染研究是環(huán)境污染的大問題,因此如何去除水體中的重金屬也是研究的一個熱點,因為水體中不可缺少的有藻類生物,所以研究藻類與重金屬的相互作用具有現(xiàn)實意義.如姜彬慧(2000)分析了藻類與重金屬的相互作用,指出重金屬對藻類生長有毒害作用,可對藻類生理、生化功能產(chǎn)生影響,而藻類對金屬可發(fā)生反應(yīng),可以對重金屬吸收并積累,還可對重金屬產(chǎn)生抗性和耐受性,提示重金屬污染對水體危害十分嚴(yán)重,而利用藻類凈化重金屬廢水具有重要的意義.紫外線輻射可以造成生物染色體畸變,現(xiàn)在有很多科學(xué)家研究植物對紫外線的輻射適應(yīng)以及傷害抵御的機制,在紫外線對藻類的影響研究方面,有陳善文等人(2000)研究了UV-B增強對藻類的影響機制及藻類對UV-B的適應(yīng)機制,指出UV-B對藻類有明顯的傷害作用,損傷的主要目標(biāo)是蛋白質(zhì)、DNA和光合色素等物質(zhì);同時藻類對UV-B也有一定的適應(yīng)能力,其適應(yīng)的方式主要是逃避、屏障、損傷修復(fù)等.當(dāng)損傷和修復(fù)處于一種平衡狀態(tài)時,不會顯現(xiàn)受傷跡象,只有當(dāng)損傷超出修復(fù)能力時,才會表現(xiàn)受傷癥狀.在藻類的生態(tài)研究方面,可以分成幾個部分:3.1育苗池藻類組成劉玉等人(1997)對深圳福田紅樹林5個分布區(qū)的藻類種群、群落結(jié)構(gòu)及生態(tài)學(xué)進(jìn)行研究,研究后發(fā)現(xiàn)每個樣區(qū)藻類的種群、群落構(gòu)成有其特殊性,認(rèn)為和藻類本身特性及浮游動物有較大關(guān)系.王起華等人(1998)對大連石廟鮑育苗池冬、春季底棲藻類的組成作了調(diào)研,得出育苗池藻類組成的特點:硅藻種類比較豐富;冬、春季藻類群落組成有一定的主次,演替表現(xiàn)十分明顯,種類的重現(xiàn)率不高.陳宇煒等人(1998)初步探討了西太湖北部夏季藻類分布和種間關(guān)系,結(jié)果顯示,西太湖北部夏季藻類主要由藍(lán)藻、隱藻、硅藻、綠藻、裸藻和甲藻六大門類組成,以微囊藻為優(yōu)勢種的藍(lán)藻水華主要在夏秋季爆發(fā),夏季梅梁灣內(nèi)藻類光合效率較高是該地區(qū)藍(lán)藻暴發(fā)的原因之一;自梅梁灣河口湖區(qū)向外太湖,藻類總生物量遞減,且種類組成也發(fā)生變化;藻類中間關(guān)系主要體現(xiàn)在同屬種類顯著正相關(guān).3.2浮游動物生態(tài)系統(tǒng)分布模型許今玉等人(1997)采用因子分析和兩因素方差分析方法,對長春南湖小湖區(qū)的藻類組成、數(shù)量變化進(jìn)行了研究,結(jié)果表明:南湖小湖區(qū)32種藻類共分為四大類群,其中三大類群種類組成和數(shù)量隨季節(jié)變化差異顯著,而不同監(jiān)測點之間的差異不顯著.王旭等人(1998)根據(jù)南麂列島附近3條潮間帶的底棲藻類監(jiān)測結(jié)果,結(jié)合同水域的水質(zhì)及底質(zhì)環(huán)境質(zhì)量,初步評價了這3個區(qū)域底棲藻類的生態(tài)種群、密度、形狀及季節(jié)變化與環(huán)境質(zhì)量之間的關(guān)系.王春生等人(1998)研究了南麂列島附近海域浮游動物的分布及其與浮游藻類和營養(yǎng)鹽之間的關(guān)系.結(jié)果顯示:浮游動物豐度與浮游藻類細(xì)胞總密度和硅藻細(xì)胞密度有正相關(guān)性,與硅酸鹽和硝酸鹽的濃度有負(fù)相關(guān)性,張雅燕等人(2002)以千島湖1998—2001年連續(xù)監(jiān)測資料為基礎(chǔ),運用多元線性回歸手段,以水溫等7項環(huán)境因子對葉綠素a、藻類細(xì)胞密度、魚腥藻細(xì)胞密度作回歸統(tǒng)計,建立多元回歸方程,初步建立了千島湖藍(lán)藻魚腥藻細(xì)胞密度的預(yù)報模型.結(jié)果表明:水溫和溶解氧是千島湖藻類細(xì)胞密度的顯著相關(guān)因子,在控制藍(lán)藻魚腥藻方面,削減入湖的COD和磷元素總量具有現(xiàn)實意義.韓仕群等人(2000)研究了圍灘魚塘生態(tài)系統(tǒng)中藻類的種群分布、變化及其與環(huán)境因子的關(guān)系.結(jié)果表明:藻類種群數(shù)量、生物量等存在動態(tài)變化;影響藻類種群的主要水環(huán)境因子是氮磷比和總磷,藻類生物量與氮磷比呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系.李適宇等人(2002)從宏觀上和特殊性兩方面對珠江口進(jìn)行浮游藻類生態(tài)發(fā)生與關(guān)鍵水質(zhì)因子(鹽度、DO、PO4-P、NO3-N)關(guān)聯(lián)的研究與總結(jié),得出二者間確有關(guān)聯(lián).相關(guān)分析顯示,在整個水域鹽度與藻類生長為正相關(guān),藻類豐度與最高溶氧也為正相關(guān),藻類生長與活性磷和硝酸鹽之間仍為負(fù)相關(guān).蘇勝齊等人(2002)研究了池塘中菹草著生藻類,認(rèn)為著生藻類的著生與菹草生長相互抑制,著生藻類的密度和生物量表現(xiàn)出明顯的季節(jié)差異.土壤是影響植物分布的生態(tài)因子之一,王銘在2002年作了貧瘠土壤與肥沃土壤表層土中藻類種群比較的研究,發(fā)現(xiàn)貧瘠土壤樣品和肥沃土壤樣品中藻類優(yōu)勢屬不同,而且同一屬在兩種土壤中相對密度不同.3.3環(huán)境模型研究生態(tài)模型研究是隨著計算機的發(fā)展而應(yīng)運而生的一門新學(xué)科,現(xiàn)在在藻類模型研究方面,主要是根據(jù)藻類生長的某個地區(qū)的生態(tài)因子而建立生長模型,找到藻類生長的關(guān)鍵因子后,根據(jù)當(dāng)年的環(huán)境,預(yù)測藻類的生長,特別是一些造成危害的藻類的生長.劉元波(2000)以過程模擬研究為主線,從藻類生長與吸收、生態(tài)過程、尺度與空間異質(zhì)性等方面闡述了湖泊藻類動態(tài)模擬研究的發(fā)展態(tài)勢與存在問題,認(rèn)為結(jié)構(gòu)動力學(xué)模型、生態(tài)與水動力耦合模型、面向?qū)ο竽Ｐ秃蜕窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)模型等具有良好的發(fā)展前景.陳宇煒等人(2001)以太湖梅梁灣1992—1999年的連續(xù)監(jiān)測資料為基礎(chǔ),運用多元逐步回歸統(tǒng)計方法,選擇水溫等15項環(huán)境理化因素與藻類葉綠素a、藻類總生物量和微囊藻生物量等3項生物因素進(jìn)行逐步回歸分析,找出與生物因素顯著相關(guān)的環(huán)境因子,建立多元逐步回歸方程,預(yù)測梅梁灣藻類生物量的變化情況,初步進(jìn)行了梅梁灣藍(lán)藻水華的預(yù)測預(yù)報.結(jié)果顯示:水溫和總磷為梅梁灣藻類總生物量的顯著相關(guān)因子,水溫、硝態(tài)氮和總氮為微囊藻生物量的顯著相關(guān)因子.王洪禮等人(2002)基于渤海典型赤潮藻類——中肋骨條藻,考慮浮游動物的捕食、光照及營養(yǎng)物質(zhì)的作用,建立了渤海灣的浮游動物—藻類—營養(yǎng)物質(zhì)三者的動力學(xué)模型.運用現(xiàn)代非線性動力學(xué)理論著重分析了模型的穩(wěn)定性及分岔行為.研究了多個參數(shù)對藻類生長的影響,發(fā)現(xiàn)某些參數(shù)對藻類的生長影響不大,而某些參數(shù)則會致使藻類模型出現(xiàn)分岔乃至混沌行為,并給出了這些參數(shù)的閥值,這與赤潮的形成(爆發(fā)性增殖)密切相關(guān);并根據(jù)渤海灣的赤潮數(shù)據(jù)進(jìn)行了有效的數(shù)值模擬.4藻類與工程魚類的相互作用藻類的研究當(dāng)然不僅局限于以上的研究領(lǐng)域,在日常生活中,與人們密切相關(guān)的還有飲用水中的藻類污染問題以及食用藻類的毒素相關(guān)問題,有人研究利用藻類去除污染水源中的重金屬,以達(dá)到凈化水質(zhì)的目的,還有人利用藻類來混凝水中污染物達(dá)到