硅藻 diatom

【科屬分類(lèi)】

硅藻門(mén)(Bacillariophyta)有100,000多種，可分為2綱：中心硅藻綱(Centricae)圓形，輻射對(duì)稱，殼面上的花紋自中央一點(diǎn)向四周呈輻射狀排列，海產(chǎn)多。羽紋硅藻綱(Pennatae)長(zhǎng)形或舟形，花紋排列成兩側(cè)對(duì)稱，表面有線紋、肋紋、縱裂縫(殼縫)，殼面中央呈加厚狀，稱中央節(jié)，在兩端稱端節(jié)。

小環(huán)藻屬(Cyllotella) 屬中心硅藻綱圓篩藻目。植物體單細(xì)胞，有些種以殼面互相連接成帶狀群體。細(xì)胞圓盤(pán)形或彭形。殼面圓形，少數(shù)種橢圓形，邊緣部有輻射狀排列的線紋和孔紋，中央平滑或具顆粒。帶面平滑沒(méi)有間生帶。載色體多個(gè)，小盤(pán)狀。以細(xì)胞分裂進(jìn)行繁殖，每個(gè)細(xì)胞產(chǎn)生一個(gè)復(fù)大孢子。

羽紋硅藻屬(Pinnularia)屬于羽紋硅藻綱雙殼縫目。植物體單細(xì)胞或連接成絲狀群體，殼面線狀、橢圓形至披針形，兩側(cè)平行，極少數(shù)種兩側(cè)中部膨大、或成對(duì)稱的波狀。殼面兩側(cè)具橫的平行的肋紋，中軸區(qū)寬。色素體兩塊，片狀，常各具1蛋白核。

常見(jiàn)的硅藻還有圓篩藻屬(Coscinodiscus)、舟形藻屬(Navicula)等。

 【形態(tài)特征】

硅藻是一類(lèi)具有色素體的單細(xì)胞植物，常由幾個(gè)或很多細(xì)胞個(gè)體連結(jié)成各式各樣的群體。硅藻的形態(tài)多種多樣。

植物體單細(xì)胞或連接成絲狀體、群體。細(xì)胞壁是由2個(gè)套合的半片組成，稱半片為瓣。硅藻的半片稱上殼(epitheca)(在外)、下殼(hypotheca)(在內(nèi))，上下殼均有一凸起的面稱殼面(valve)。側(cè)面或殼邊是兩個(gè)瓣套合的地方，環(huán)繞1周稱環(huán)帶(girdle band)。上殼和下殼都是有果膠質(zhì)和硅質(zhì)組成的，沒(méi)有纖維素。載色體1至多數(shù)，小盤(pán)狀、片狀。色素主要有葉綠素a、c，β-胡蘿卜素、α-胡蘿卜素和葉黃素。葉黃素類(lèi)中主要含有墨角藻黃素，其次是硅藻黃素(diatoxanthin)和硅甲黃素(diadinoxanthin)。藻體呈橙黃色、黃褐色。同化產(chǎn)物為金藻昆布糖和油。細(xì)胞核1個(gè)。營(yíng)養(yǎng)體無(wú)鞭毛。精子具鞭毛，為茸鞭型。

【地理分布】

硅藻是一類(lèi)最重要的浮游生物，分布極其廣泛。在世界大洋中，只要有水的地方，一般都有硅藻的蹤跡，尤其是在溫帶和熱帶海區(qū)。因?yàn)楣柙宸N類(lèi)多、數(shù)量大，因而被稱為海洋的“草原”。

【生長(zhǎng)繁殖】

硅藻常用一分為二的繁殖方法產(chǎn)生。分裂之后，在原來(lái)的殼里，各產(chǎn)生一個(gè)新的下殼。盒面和盒底分別名為上、下殼面。殼面彎伸部分名殼套。上下殼套向中間伸展部分，稱相連帶。上下相連帶總稱為殼環(huán)，這個(gè)面稱殼環(huán)面。有些種類(lèi)，如根管藻(Rhizosolenia)，在殼環(huán)面細(xì)胞壁上還有很多次級(jí)相連帶，或稱間板。細(xì)胞質(zhì)和一般植物細(xì)胞相似。生殖方法有形成復(fù)大孢子、小孢子和休止孢子等。1.營(yíng)養(yǎng)生殖 為硅藻最普通的一種生殖方式。分裂初期，細(xì)胞的原生質(zhì)略增大，然后核分裂，色素體等原生質(zhì)體也一分為二，母細(xì)胞的上、下殼分開(kāi)，新形成的兩個(gè)細(xì)胞各自再形成新的下殼，這樣形成的兩個(gè)新細(xì)胞中，一個(gè)與母細(xì)胞大小相等，一個(gè)則比母細(xì)胞小。這樣連續(xù)分裂的結(jié)果，個(gè)體將越來(lái)越小。這在自然界和室內(nèi)培養(yǎng)的硅藻可見(jiàn)到。

2.復(fù)大孢子 硅藻細(xì)胞經(jīng)多次分裂后，個(gè)體逐漸縮小，到一個(gè)限度，這種小細(xì)胞不再分裂，而產(chǎn)生一種孢子，以恢復(fù)原來(lái)的大小，這種孢子稱為復(fù)大孢子。復(fù)大孢子的形成方式有無(wú)性和有性兩種。

(1)無(wú)性方式 是由營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞直接膨大而成，如中心綱的變異直鏈藻(Melosira varians)。

(2)有性方式 通過(guò)接合作用，借助運(yùn)動(dòng)或分泌膠質(zhì)使個(gè)體接近，然后包圍于共同膠質(zhì)膜內(nèi)，進(jìn)行接合。

3.小孢子 多見(jiàn)于中心硅藻的一種生殖方式，細(xì)胞核和原生質(zhì)多次分裂，形成8、16、32、64、128個(gè)不等小孢子，每個(gè)小孢子具1- 4條鞭毛，長(zhǎng)成后成群逸出，相互結(jié)合為合子，每個(gè)合子再萌發(fā)成新個(gè)體。

4.休眠孢子 是沿海種類(lèi)在多變的環(huán)境中的一種適應(yīng)方式。休眠孢子的產(chǎn)生常在細(xì)胞分裂后，原生質(zhì)收縮到中央，然后產(chǎn)生厚壁，并在上、下殼分泌很多突起和各種棘刺。當(dāng)環(huán)境有利時(shí)，休眠孢子以萌芽方式恢復(fù)原有形態(tài)和大小。

【硅藻毒性】

硅藻研究人員選取了2種福建九龍江口紅樹(shù)林區(qū)典型多環(huán)芳烴，進(jìn)行多環(huán)芳烴對(duì)優(yōu)勢(shì)藻的毒性效應(yīng)研究。所選藻種為浮游藻中肋骨條藻和附著藻菱形藻，經(jīng)分離、純化和培養(yǎng)，所用的典型多環(huán)芳烴為菲和熒蒽。結(jié)果表明：丙酮對(duì)兩種藻的不可見(jiàn)效應(yīng)濃度值均為0.3%(v/v)，菲對(duì)中肋骨條藻和菱形藻急性毒性試驗(yàn)的72 h半數(shù)生長(zhǎng)抑制濃度(72-EC50)分別為0.95 mg/L和0.32 mg/L，而熒蒽對(duì)中肋骨條藻和菱形藻的72-EC50分別為0.17 mg/L和0.09 mg/L。中肋骨條藻對(duì)菲和熒蒽的耐受性比菱形藻強(qiáng)，菲對(duì)中肋骨條藻和菱形藻的毒性比熒蒽弱。

【硅藻危害】

赤潮：海洋環(huán)境如果受到富營(yíng)養(yǎng)污染或其它原因，常使某些硅藻如骨條藻、菱形藻、盒形藻、角毛藻、根管藻、海鏈藻等生殖過(guò)盛，形成赤潮，使水質(zhì)惡劣，對(duì)漁業(yè)及其它水產(chǎn)動(dòng)物帶來(lái)嚴(yán)重危害。

有些硅藻(如根管藻)生殖太盛并密集在一起，可阻礙或改變鯡魚(yú)的洄游路線，降低漁獲量。

【硅藻價(jià)值】

它們靠光合作用將海水中的無(wú)機(jī)物合成自身需要的有機(jī)物。硅藻色素包括葉綠素a、c1、c2、以及胡蘿卜素。它們能吸收太陽(yáng)光的能量，將細(xì)胞中的水分解，使水分子上的一個(gè)氫原子分離出來(lái)，一部分有利的氫原子和二氧化碳化合經(jīng)過(guò)復(fù)雜的化學(xué)變化后就產(chǎn)生了糖和淀粉，這就是光合作用。這些物質(zhì)再和細(xì)胞吸收的氮、磷、硫等物質(zhì)進(jìn)一步作用，氧就形成了蛋白質(zhì)和脂肪等物質(zhì)。游離出的部分氫原子每?jī)蓚€(gè)和一個(gè)氧原子結(jié)合形成了水，氧分子中的另一個(gè)氧原子就從細(xì)胞里跑出來(lái)溶解到水里或者跑到大氣里去了。地球上有70%的氧氣是浮游植物釋放出來(lái)的，浮游生物每年制造的氧氣就有360億噸，占地球大氣氧含量的70%以上。由于硅藻數(shù)量又占浮游生物數(shù)量的60%以上，這樣可以推算，假設(shè)現(xiàn)在地球上沒(méi)有硅藻了，不用3年，地球上的氧氣就耗干了。動(dòng)物和人類(lèi)也就都沒(méi)法呼吸了。

硅藻是魚(yú)、貝、蝦類(lèi)特別是其幼體的主要餌料，它與其他植物一起，構(gòu)成海洋的初級(jí)生產(chǎn)力。 硅藻還是形成海底生物性沉積物的重要組成部分。經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的年代，那些在海底沉積下來(lái)的以硅藻為主要成分的沉積層，逐漸形成了經(jīng)濟(jì)價(jià)值極高的硅藻土。硅藻土不但含有豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，而且還能完好地保存動(dòng)植物的遺體，在古生物學(xué)研究領(lǐng)域具有重要意義。

硅藻是一類(lèi)種類(lèi)繁多的低等植物，約11000多種。在海洋中硅藻的種類(lèi)最多，淡水和潮濕的土壤也不少。據(jù)估測(cè)每一立方厘米土壤中有羽紋藻約1億個(gè)。硅藻種間個(gè)體差異大，小者3.5微米，大者300-600微米。硅藻的身體雖然只有一個(gè)細(xì)胞，可這一個(gè)細(xì)胞卻非常有趣。它既不象動(dòng)物細(xì)胞一樣沒(méi)有細(xì)胞壁，也與植物細(xì)胞的細(xì)胞壁大不相同。硅藻的細(xì)胞壁由大量的硅質(zhì)組成，分為上下兩部分組成，上面的蓋叫上殼，下面的底叫下殼，上殼套住下殼，并且上下殼面上紋飾圖案非常精美。如同透明的水晶箱，或者好比一間精致的玻璃小屋。從十六世紀(jì)顯微鏡下發(fā)現(xiàn)的這些頗具魅力的小生物后，科學(xué)家們耗費(fèi)了許多的筆工來(lái)描繪這些絢麗的玻璃殼。

硅藻死后，它們堅(jiān)固多孔的外殼—細(xì)胞壁也不會(huì)分解，而會(huì)沉于水底，經(jīng)過(guò)億萬(wàn)年的積累和地質(zhì)變遷成為硅藻土。硅藻士可被開(kāi)采，在工業(yè)上用途很廣。可制造工業(yè)用的過(guò)濾劑、隔熱及隔音材料等等。中國(guó)山東山旺地區(qū)就出產(chǎn)大量的硅藻土。游泳池的主人將老化的硅藻殼拿來(lái)過(guò)濾水里的污染物質(zhì)。諾貝爾獎(jiǎng)的創(chuàng)始人alfred nobel發(fā)現(xiàn)將不穩(wěn)定的硝化甘油放入硅藻所產(chǎn)生的硅土后可以穩(wěn)定的成為可攜帶的炸藥。?人們還猜想，石油是來(lái)自遠(yuǎn)古硅藻產(chǎn)生的油類(lèi)。也有人認(rèn)為，地球上有機(jī)物質(zhì)中的3/4是來(lái)自于硅藻和藻類(lèi)的光合作用。?

【技術(shù)應(yīng)用】

從2007年起，喬治亞技術(shù)研究所的研究人員就開(kāi)始開(kāi)發(fā)一項(xiàng)用基因工程改造偽矮海鏈藻的技術(shù)，希望用其來(lái)創(chuàng)造一種新的硅結(jié)構(gòu)。通過(guò)用基因復(fù)制的技術(shù)來(lái)研究硅藻構(gòu)建復(fù)雜硅質(zhì)細(xì)胞的過(guò)程，研究者最終的目的是要找到一項(xiàng)在實(shí)驗(yàn)室中制造納米材料的技術(shù)。

硅藻是一種水生的單細(xì)胞生物，它的細(xì)胞壁上有大量的氣孔，使其兼具小質(zhì)量和堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)。像雪花一樣，硅藻的細(xì)胞壁有多種形態(tài)。

研究者假設(shè)這種結(jié)構(gòu)的多樣性源自一種特殊的silaffin蛋白質(zhì)，它存在于硅藻的硅產(chǎn)生組織中。通過(guò)基因技術(shù)來(lái)復(fù)制硅藻的silaffin，研究者不僅可了解了硅藻的細(xì)胞生化結(jié)構(gòu)，還可能應(yīng)用這些組織來(lái)生產(chǎn)商用的化合物和材料。

海綿等生物體能夠利用自身中的某些蛋白質(zhì)和多聚糖在水相、中性ph和室溫等溫和反應(yīng)條件下介導(dǎo)生成具有精確可控形態(tài)結(jié)構(gòu)、生物相容性好的生物材料——生物硅膠。許多研究者從硅藻等這些生物體得到啟發(fā)，利用不同的天然的或人工合成的大分子在不同的反應(yīng)環(huán)境和體系下介導(dǎo)不同類(lèi)型的硅前體仿生合成了許多不同形態(tài)、尺寸大小的硅膠。