光语带你认识微藻 第一篇——什么是微藻

 

下面才是真正的分割线

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第一编:什么是微藻?

(1)潘老师说,凡事概念要清晰!

  • 我真的遇到过人认为微藻是海带那样的东西磨成的粉!

 

先说什么是藻类,不严格的按照教科书上的定义来说,藻类这个词不是个分类学的名称,它是一类无根、茎、叶、花、果分化,能进行光合作用的生物。顾名思义,微藻就是微型的藻类,多数为单细胞,或者是单细胞集合,个头最小的甚至其细胞直径只有0。2微米,目前能够明确界定的微藻种类约有2万多种,可能有数倍甚至数十倍于此的种类未被发现或命名。

因微藻个体微小,造成辨认困难,而且物种数量巨大,即使在分子系统分类技术成熟的今天,分类领域的工作一直没有得到统一的观点,各有各的说法,也请专家们不要在此纠结,有这么个人就行,姓张姓李不是最重要。

本文“随便”找了专业书作为参考,按书中介绍,在“界”这个级别,藻类就横跨细菌界、植物界、藻物界和原生动物界;细分到门一级别,涉及微藻的有10个大类:蓝藻门、灰藻门、红藻门、绿藻门、定鞭藻门、淡色藻总门(含硅藻纲)、隐藻门、丝足虫类、粘孢子总门(含甲藻纲)、裸藻门,可谓门类众多,内容繁杂。

太专业的东西没必要记,以下以挑了些各大门派里的典型种类进行简单介绍,让大家有个感性认识。

话不多说,先图后文。

 

分割线以下都是好东西(外行不要看英文)

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图1.普通念珠藻(Nostoc commune) (AlgaeBase Image Reference: 20124)

图1.普通念珠藻(Nostoc commune)
(AlgaeBase Image Reference: 20124)

 

(一) 图1这个藻叫普通念珠藻,属于蓝藻门,我们平时见到的地木耳(地皮菜)就是这种藻类,外面包一层胶鞘,可以食用。另外可以吃的还有发菜和葛仙米,都是它的亲兄弟。

 

图2. 钝顶螺旋藻(Arthrospira platensis) (NIES-46)

图2. 钝顶螺旋藻(Arthrospira platensis)
(NIES-46)

 

(二)图2就是大名鼎鼎的螺旋藻,属于蓝藻门,可以吃,风行了30多年的保健品,着着实实是有实力有魅力的角色。(其实人家是节旋家的,属于节旋藻属(Arthrospira),开始被误认为螺旋家的(Spirulina),因为太出名了,改不过名来了,好比明星们出道的时候弄了个别名艺名什么的,大家光记得别名艺名去了)

 

图3.铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa) (AlgaeBase Image Reference: 11159)

图3.铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)
(AlgaeBase Image Reference: 11159)

 

(三)图3也是个大名鼎鼎的蓝藻,叫铜绿微囊藻,会产生微囊藻毒素,可导致肝脏、胆囊病变。内陆湖泊产生的蓝藻水化,多数有微囊家几个兄弟贡献主要力量。

 

图4.灰囊藻(Glaucocystis nostochinearum) (AlgaeBase Image Reference: 24488)

图4.灰囊藻(Glaucocystis nostochinearum)
(AlgaeBase Image Reference: 24488)

 

(四)图4是灰藻门灰囊藻属的一种,中文全名查不到,灰藻门已知的种类就十多种。从进化上讲,它也就比蓝藻高那么一点点,蓝藻、灰藻和红藻都以藻胆蛋白为主要的光合作用色素,兼带叶绿素,而更高等的藻类,就不含藻胆蛋白了;它们的最大区别在于,灰藻和红藻有细胞核,为真核生物,蓝藻没细胞核结构,属原核生物。

 

图5.紫球藻 (Porphyridium) (左上:NIES-1034, 右上:NIES-1035, 左下:CCAP 1380/10, 右下:CCAP 1380/06)

图5。紫球藻 (Porphyridium)
(左上:NIES-1034, 右上:NIES-1035, 左下:CCAP 1380/10, 右下:CCAP 1380/06)

 

(五)图5是几种紫球藻,属于红藻门,我们经常吃到的紫菜就是一种大型红藻,另外石花菜属、、麒麟菜等都属于红藻,可用于提取琼胶。红藻门中,单细胞微藻比较少见,且有几种还是生活在极端环境中(如生存在热泉口),紫球藻是红藻类中典型的单细胞种类。红藻在进化中,同灰藻门一样,是比较接近蓝藻的真核藻类,红藻中有某些种类被认为是第一个真核藻类,这点从紫球藻所含有的色素可见一斑,如图5左上和左下两种紫球藻,左图藻种发蓝绿色,藻体中含有藻蓝蛋白,而右图藻种近淡红紫,藻体中含有藻红蛋白。紫球藻分布区域比较广,海洋淡水咸水湖均有,如左下图藻种存在于海洋,而右下藻种是从土壤中分离得到的。有关紫球藻的其他内容,以后我们会慢慢讲到。

 

图6.小球藻(Chlorella vulgaris) (左:NIES-642,右:AlgaeBase Image Reference: 5688)

图6.小球藻(Chlorella vulgaris)
(左:NIES-642,右:AlgaeBase Image Reference: 5688)

 

(六)图6就是传说中的普通小球藻,我们平常吃的保健品小球藻就是它,一种典型的绿藻门单细胞藻。其主要光合作用色素是叶绿素a和叶绿素b(不再是藻胆蛋白了),含量可达到干重的3%以上,所以绿的非常明显。这个藻不仅可以在阳光下,利用二氧化碳和各类营养盐进行生长(光养),还可以在无光的发酵罐中,像酵母和许多细菌那样利用葡萄糖等有机碳源和各类营养盐进行生长(异养)。

 

图7.雨生红球藻 (Haematococcus plutialis) (上:互动百科:雨生红球藻;左下:AlgaeBase Image Reference: 7429;右下:AlgaeBase Image Reference: 21151)

图7.雨生红球藻 (Haematococcus plutialis)
(上:互动百科:雨生红球藻;左下:AlgaeBase Image Reference: 7429;右下:AlgaeBase Image Reference: 21151)

 

(七)图7又是一种非常出名的单细胞绿藻——雨生红球藻,属团藻目,如果严格按照它的拉丁文种名来翻译,应该叫血球藻,红球藻或另有其藻。图7上显示了红球藻从绿色到红色的不同形态,是因为细胞内虾青素含量逐步增加导致的。该藻在营养和环境条件比较适宜繁殖的情况下,虾青素含量很低,呈现绿色,或带少量红色,没有细胞壁(图7左下),能依靠鞭毛游动,而在强光,高盐等条件下,就会形成细胞壁,并在细胞内不断富集虾青素(图7右下)。这个藻已经在国内云南等地区大规模养殖,用于提取虾青素。

 

图8-1盐藻(Dunaliella)(by Ami Ben-Amotz)

图8-1盐藻(Dunaliella)(by Ami Ben-Amotz)

图8-2.盐藻(Dunaliella)(by Michael A. Borowitzka)

图8-2.盐藻(Dunaliella)(by Michael A. Borowitzka)

 

(八)图8系列展示的是盐藻(Dunaliella),属绿藻门、团藻目。这里引用了两位盐藻研究大咖的图。图8-1引自以色列学者Ami Ben- Amotz,显示了盐藻绿色游动细胞和黄色孢子的形态,该藻有点类似雨生红球藻,在不利条件下(尤其是高盐胁迫,最高可耐受饱和盐水)富集β-胡萝卜素,研究显示的含量最高可达14-16%,同时细胞中甘油的含量大幅度提高。盐藻的种类较多,如图8-2引自澳大利亚学者Michael A. Borowitzka的著作,展示了多种盐藻的形态特征。自然环境中,盐藻分布在盐湖中,通常跟一些噬盐古细菌一起生存,湖水颜色呈粉红。

盐藻是国内最近2-3年比较红火的藻类品种,但目前主要的产地是澳大利亚,利用天然的盐湖(如Hutt Lagoon)进行养殖,并采收用以提取天然β-胡萝卜素,另外以色列和我国内蒙等地也建有盐藻养殖场。

 

图9. 湛江等鞭金藻(Isochrysis zhanjiangensis)

图9. 湛江等鞭金藻(Isochrysis zhanjiangensis)

图10 球等鞭金藻.(Isochrysis galbana)

图10 球等鞭金藻.(Isochrysis galbana)

 

(九)图9和图10是两种等鞭金藻。我们做水产的朋友常说的金藻多数指这两个藻。

我们常说的金藻门,现今归为定鞭藻门(纲)。被称为金藻的原因,应该是该藻类通常显示为金黄色。如球等鞭金藻除了含有叶绿素外,还有以岩藻黄素为主的显色为黄、棕、褐等颜色的色素,在不同的生长阶段可显示深浅不等的黄棕色。就图中所述的两种等鞭金藻,因易于培养、无细胞壁、含有DHA等特征,通常被用于水产动物育苗。

 

图11. 赫氏颗石藻(Emiliania huxleyi) (by Markus Geisen & Jeremy Young)

图11. 赫氏颗石藻(Emiliania huxleyi)
(by Markus Geisen & Jeremy Young)

 

(十)定鞭藻类中,值得一提的有一类微藻,其细胞在一定的时期,表面会形成碳酸钙质的鳞片状物质,如倒扣的碟子状(如图10),这个结构成为“颗石”,这类藻被称之为颗石藻类(Coccoliths)。当细胞死亡后,表面的“碟子”就会分散脱落,它是构成海底钙质软泥的主要成分。另有研究认为,石灰质的白垩就是由颗石藻和有孔虫等微小生物的尸体沉积而成(如英国多佛白崖)。图11所示的藻称为赫氏颗石藻(Emiliania huxleyi),是一种典型的颗石藻,广泛分布与世界各个海区(除极地区域),这种藻最大的特点就是上文提到的碳酸钙(方解石)外壳,形成这个外壳的过程,相当于永久性的固定大气中的二氧化碳,另外赫氏颗石藻在自然海域中会成为优势种,形成独特的白色藻华,这种藻华被称为白水现象(white water,http://www.soes.soton.ac.uk/staff/tt/eh/)。

 

图12. 梅尼小环藻(Cyclotella meneghiniana) (NIES-2363)

图12. 梅尼小环藻(Cyclotella meneghiniana)
(NIES-2363)

图13.(尖头舟型藻 Navicula cuspidate) (AlgaeBase Image Reference: 17394

图13.(尖头舟型藻 Navicula cuspidate)
(AlgaeBase Image Reference: 17394

 

(十一)硅藻是数量很庞大的一个门类,因这类藻的表面有硅质的外壳而得名,而且在硅藻死亡后,硅质外壳会继续保留,如我们建筑装修中用到的硅藻泥,就是死亡的硅藻细胞外壳。

根据形态特征,硅藻可以分为两个大类。一类叫中心硅藻,特征用学术的语言描述:某一面圆形,辐射对称,壳面上的花纹自中央一点向四周呈辐射状排列,如图12梅尼小环藻(电镜照片);另一类叫羽纹硅藻,特征是长形或舟形,花纹排列成两侧对称,表面有线纹、肋纹,如图13 尖头舟型藻(电镜照片)。

正因为硅质的外壳,使得硅藻细胞可以较为简单的利用电子显微镜拍照,同时,多数硅藻具有漂亮的形状和花纹,使得较多的学者去进行拍摄工作,后期会展示一些漂亮的硅藻图片。

 

图14. 隐藻(Cryptomonas rostratiformis)( NIES-0345)

图14. 隐藻(Cryptomonas rostratiformis)( NIES-0345)

图15.蓝隐藻(Chroomonas nordstedtii)( NIES-0708)

图15。蓝隐藻(Chroomonas nordstedtii)( NIES-0708)

 

(十二)图14和15是隐藻门两个代表性的属种:隐藻(属)和蓝隐藻(属)。隐藻属多显不同深度的黄色,而蓝隐藻为蓝绿色,为胞内色素物质不同导致(藻红蛋白或藻蓝蛋白等)。隐藻具有异养生长的能力,在自然界中尤其容易在有机物和氮磷含量高的池塘中形成藻华,通常认为该藻是滤食性鱼类的良好饵料。

 

图16.单鞭滴虫属(Cercomonas)(from Wikipedia)

图16.单鞭滴虫属(Cercomonas)(from Wikipedia)

图17. Paulinella (by Michele Bahr & David Patterson)

图17. Paulinella
(by Michele Bahr & David Patterson)

 

(十三)看到丝足虫类的时候,我想一定是科学家们不知道怎么对付它们,才把它们拢到一个大类里,包括了各种各样的阿米巴虫(变形虫)和鞭毛虫类,如图16所示,其特征是通常拥有丝状的假足,同时细胞内有能进行光合作用的色素(体)。丝足虫的种类应该非常多,曾经在一个网站中,看到有研究者拍摄了大量的丝足虫类照片,淡海水甚至土壤中都有。许多种类目前可能尚未被命名,至少很多种类现在还没有中文名字(如图17)。

 

图18.裸甲藻(Gymnodinium uberrimum) (AlgaeBase Image Reference: 22537)

图18.裸甲藻(Gymnodinium uberrimum)
(AlgaeBase Image Reference: 22537)

图19. 纤细原甲藻 (Prorocentrum gracile) ( AlgaeBase Image Reference: 10643)

图19. 纤细原甲藻 (Prorocentrum gracile)
( AlgaeBase Image Reference: 10643)

图20. 夜光虫(Noctiluca scintillans) ( AlgaeBase Image Reference: 5729)

图20. 夜光虫(Noctiluca scintillans)
( AlgaeBase Image Reference: 5729)

 

(十四)大部分的甲藻,有个比较厚的外壳,如同穿着盔甲,这是甲藻名字的由来,与硅藻和颗石藻不同的是,甲藻的外壳是纤维素构成,而非硅质或钙质。如图18是一种裸甲藻,外壳像多个“甲片”拼接到一起,“甲片”结合处成一条沟。而图19是一种原甲藻,“甲片”拼接的结构就不明显了。图20是大名鼎鼎的夜光藻(夜光虫),当它们在海水中达到一定密度时,夜间海水波动就能看到闪烁的光亮,因而被称为夜光虫。

甲藻一直名声不好,因为它经常是海洋赤潮的优势种,而且许多种甲藻还带有毒性,这些毒素能够毒死海中的鱼类,并有可能通过食物链传递并富集下去。

 

图21. 纤细裸藻(Euglena gracilis) (NIES-0048)

图21. 纤细裸藻(Euglena gracilis)
(NIES-0048)

 

(十五)裸藻没有细胞壁,带有眼点(能感受光),有鞭毛,同时具有植物属性(能光合作用)和动物属性(能游动)。裸藻有直接利用有机物的异养属性,类似隐藻,容易在有机质比较丰富的池塘形成水华,不同的是,因为裸藻有感光的特性,一日之内随着光强弱的变化,藻群体会选择性的上浮和下沉,导致塘面颜色多变。

如图21所示,名为纤细裸藻,又名小眼虫(绿眼虫),细胞内含有副淀粉(β-1,3葡聚糖),是裸藻的储能物质,同时含有不饱和脂肪酸,维生素E等物质,已经被开发为保健品,市场上所谓的裸藻,就是指的这个种,最近几年市场尤其火爆。因为副淀粉具有增强人体免疫力的功能,撇开那些过度宣传,也不失为一种值得开发的经济微藻。

 

分割线出场!

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以上是一些比较典型的微藻种类简介,当然简单几个图片和小段的问题,无法概括微藻各个种类全面的特征,后续会对某些研究或应用较为深入的种类,作较为详细的介绍。

微藻不仅生活在水中,空气、土壤、某些生物的体表甚至体内都有微藻的存在。就人类的生活环境而言,微藻几乎无处不在,而且对人类的影响非常重大。如在自来水龙头下接一滴水,在显微镜下就很有可能观察到微藻;如地球上的氧气,大部分来自微藻的光合作用;如人类摄入的某些营养物质,最初来源于微藻的生物合成。

你或许看不见微藻,但微藻天天影响着你!

 

又一个分割线

写在后面的话

这个系列,会向大家介绍一些常见的或比较有意思的微藻种类,包括生物学特征、自然现象、生产应用等,后期如果有机会,希望能向大家介绍下国内外企业和相关从业人员。当然也希望这过程中有更多的朋友参与进来。微藻产业中,这几年大部分的企业日子都不好过,表面的光鲜掩盖不住背后的艰辛,例如老俞我,开盘写这第一篇的时候,还有个工作,现在收盘打这几个字的时候,已经失业了(当然大家也不用替老俞担心,哥我会的东西多,走哪里都有饭吃)。所以,谨希望,看到此文的读者,多关注我们微藻和微藻行业,了解并理解我们的微藻、微藻企业和微藻从业人员!

 

完稿于2016年12月6日

俞建中博士系列藻类科普文章链接:

平安彩票光语带你认识微藻 第一篇——什么是微藻

平安彩票光语带你认识微藻 第二篇——微藻的商业化开发和应用

光语带你认识微藻 第三篇——微藻培养简介

光语带你认识微藻 第四篇——紫球藻

光语带你认识微藻 第五篇——雨生红球藻

光语带你认识微藻 第六篇——虾青素与其功效

光语带你认识微藻 第七篇——盐藻与β-胡萝卜素

光语带你认识微藻 第八篇——地木耳、发菜和葛仙米

光语带你认识微藻 第九篇——微藻与不饱和脂肪酸

光语带你认识微藻 第十篇——裸藻(Euglena)

光语带你认识微藻 第十一篇——螺旋藻(一)

光语带你认识微藻 第十二篇—— 小球藻

 

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