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硅藻分类与应用

一、硅藻的概述

        藻是一类具有色素体的单细胞植物,常由几个或很多细胞个体连结成各式各样的群体。硅藻的形态多种多样。硅藻常用一分为二的繁殖方法产生。分裂之后,在原来的壳里,各产生一个新的下壳。盒面和盒底分别名为上、下壳面。壳面弯伸部分名壳套。上下壳套向中间伸展部分,称相连带。根据壳的形状和花纹排列方式,硅藻门分成两个纲,中心硅藻纲和羽纹硅藻纲。硅藻的一个主要特点是硅藻细胞外覆硅质的细胞壁。硅质细胞壁纹理和形态各异,但多呈对称排列。常见的属有:小环藻属;菱形藻(偏缝硅藻);直链藻科(属);园筛藻科(属);海链藻:  角毛藻科(属);三角褐指藻。

        硅藻是一类最重要的浮游植物,分布极其广泛,不管是海洋、淡水、汽水、泥土及潮湿的表面上均可发现。大部分生活在开阔的远洋水域,当然也有的像膜一样生活在海底砂砾上,更有能在仅仅是潮湿的大气中存活的种类。硅藻的一些种甚至会布在2000米的高空。在世界大洋中,只要有水的地方,一般都有硅藻的踪迹,尤其是在温带和热带海区。因为硅藻种类多、数量大,因而被称为海洋的“草原”。

        硅藻是鱼、贝、虾类特别是其幼体的主要饵料,它与其他植物一起,构成海洋的初级生产力。硅藻还是形成海底生物性沉积物的重要组成部分。经过漫长的年代,那些在海底沉积下来的以硅藻为主要成分的沉积层,逐渐形成了经济价值极高的硅藻土。硅藻土不但含有丰富的营养物质,而且还能完好地保存动植物的遗体,在古生物学研究领域具有重要意义。硅藻广泛分布于淡水、海水和半咸水中,几乎所有的水体如海洋、湖泊、水库、池塘甚至其他藻类难以繁生的河流中都有许多硅藻种类。硅藻是海洋浮游植物的主要组分,是海洋初级生产力的主要贡献者。在我国沿海贝类(如牡蛎、蛏、蛤、蚶)的饵料中,硅藻占首要地位。

        海洋浮游甲壳动物及对虾、其他经济虾类的幼体也以硅藻为主要摄食对象。中国毛虾的全年食物中,硅藻占54%,其他鲱鱼、沙丁鱼等幼鱼也以硅藻为主要食物,可见,海洋经济动物产量的高低与硅藻的数量有着密不可分的关系。如在大洋脆干藻Fragilari ocenica密集区捕捞沙丁鱼,在星脐圆筛藻C. asterom phlus密集区捕捞中国毛虾都可提高渔获量。鱼池清塘排水后,往往最先繁殖的常是菱形藻、小环藻等硅藻。这类既能浮游又能底栖(附生)的兼性浮游生物,大量发生可能与浅水、光照好及清塘后水中硅酸盐含量丰富有关。硅藻在一年四季都能形成优势种群,而以春季和秋季最盛。

        冬季常成为冰下生物增氧的重要组成部分。敞池培养轮虫时,其效果的好坏常与硅藻的数量有关。随着海水养殖业的发展,人工大量培养硅藻,如中肋骨条藻、三角褐指藻、牟氏角毛藻、新月拟菱形藻等,以解决经济海产动物人工育苗幼体的饵料,这是提高产量必不可少的技术关键。硅藻死亡后的硅质外壳,大量沉积海底,形成硅藻土,含有85.2%的氧化硅。在工业上用途广泛,可作为建筑、磨光等材料,过滤剂、吸附剂、造纸、橡胶、化妆品和涂料的填充剂,以及保温材料等。化石硅藻对石油勘探有关的地层鉴定及古海洋地理环境的研究也有重要的参考价值。

二、硅藻的常见种类

(一)小环藻

        单细胞,鼓形;壳面圆形,呈切向波曲;边缘区宽度约为半径的二分之一,具辐射状排列的粗而平滑的楔形肋纹,中央区平滑或具细小的辐射状点线纹。生长在湖泊、池塘、水库、河流中,在沿岸带水的草丛中附生、偶然性浮游或真性浮游。淡水或半咸水,pH幅度6.4~9,最适pH为8~8.5。

(二)变异直链藻

        群体链状,细胞彼此紧密连成;群体细胞圆柱形,壳盘面平,盘缘向下弯曲,具极细的齿;壳套面环状,壳壁略薄而均匀;假环沟狭窄,无环沟和颈部;内外壳套线平行;仅在分辨率高的显微镜下能观察到外壁具极细的点纹。无性生殖产生复大孢子,球形,具1~2个脐状突起,也产生小孢子。生长在各种浅水水体中,偶然性浮游种类,常在夏天的富营养湖泊或中污染水体中大量出现,喜微碱性或碱性水体,pH幅度6.4~9,适宜pH约8.5,为有机污染水体的指示种类。

(三)布纹硅藻

        壳面披针形,略呈“S”形弯曲,近两端圆锥形,末端钝圆,中央区长椭圆形,壳缝两侧具纵线纹和横线纹十字形交叉构成的布纹,纵线纹和横线纹相等粗细。生长在湖泊、池塘、泉水、河流中。国内外广泛分布。

(四)脆杆藻

        细胞互相连成带状群体,壳面细长线形、长披针形、披针形到椭圆形,两侧对称,中部缘边略膨大或缢缩,两侧逐渐狭窄,末端钝圆、小头状、喙状;上下壳的假壳缝狭线形或宽披针形,其两侧具横点状线纹;带面长方形,无间生带和隔膜,色素体小盘状,具一个蛋白核。扫描电镜下观察,位于壳面一端具一个唇形突或无。每个母细胞形成一个复大孢子。

(五)谷皮菱形藻

        壳面线形、线形披针形,两侧边缘近平行,两端逐渐狭窄,末端楔形。生长在稻田、水坑、池塘、湖泊、水库、河流、溪流、温泉、沼泽中。国内外广泛分布。

(六)骨条藻

        细胞透镜形、圆柱形,壳面圆而鼓起,细胞间靠细刺组成长链,刺的数目差异较大,细胞间隙长短不一,但比细胞本身长。壳面点纹极细微,不易见到。骨条藻在自然海区,是缢蛭和牡蛎等的优质饵料,硅质少,易消化。河口、港湾常由于有机质污染,即富营养化,骨条藻大量繁殖形成赤潮。

(七)海链藻

        植物体由胶质丝连成链或包被于原生质分泌的胶质快中而形成不定形的群体,极少为单细胞;壳体鼓形到圆柱形,带面常见领状的间生带;壳面圆形,表面凸起、平坦或凹入,其上的网孔六角形或多角形孔纹内层有具小穴的筛板。繁殖为细胞分裂;无性生殖产生复大孢子。

(八)海毛藻

        细胞棒形,两端形状不同。单细胞或以胶质柄相连成锯齿状或星形群体。壳缘有小刺。无假壳缝、间生带和隔片。色素体多数,颗粒状。

(九)海线藻

        细胞棒形,壳面两端圆形,等大。细胞以一端相连成锯齿链状群体。分布广泛。

(十)盒形藻

        植物体为单细胞或互相连成疏松的链状群体;细胞扁圆柱形、长圆柱形,平滑或具通常难以分辨的细点纹;带面具多数间生带;壳面椭圆形或圆形,在每一端或每边中部具隆起、角突或棘刺;壳缘凹入、凸出、平直或呈波状;色素体小盘状、片状,多数。营养繁殖为细胞分裂;无性生殖产生复大孢子、休眠孢子、小孢子。主要是海洋种类,浮游或附生。

(十一)角毛藻

        细胞壳面上的构造极为微细而精致,一般不易看清,细胞常借助角毛与邻胞交接而成链状群体或靠壳面连成群体,少数种类为单细胞。色素体数目、形状、大小、位置都随种类不同而不同

(十二)颗粒直链藻

        群体长链状,细胞以壳盘缘刺彼此紧密连成;群体细胞圆柱形,壳盘面平,具散生的圆点纹,壳盘缘除两端细胞具不规则的长刺外,其他细胞具小短刺;点纹形状不规则,常呈方形或圆形,端细胞为纵向平行排列,其它细胞均为斜向螺旋状排列,点纹多型;壳套面发达,壳壁厚,环沟和假环沟呈“V”形;具深镶的较薄的环状体;颈部明显。无性生殖产生复大孢子,球形。

(十三)菱形藻

        细胞梭形、舟形、菱形等。壳面直或S形、线形、椭圆形,具横线纹或横点纹。壳缘具管壳缝。色素体一般两个。广泛分布在淡水、海水和半咸水中。

(十四)平板藻

        细胞常连成Z形或星形的群体。壳面棒形或线形,中部常明显膨大,两端略膨大。假壳缝狭窄,纵膈片直,线纹。色素体盘状,多数。为淡水池塘、湖泊及缓流的小河中的浮游硅藻。

(十五)桥弯藻

        单细胞,或以胶质柄附着在它物上。壳面扁平,两侧不对称,呈半月形。壳缝偏向腹侧,直或弧状弯曲。中轴区和中心区明显。点条纹明显,放射状排列。色素体一个,板状。为典型的淡水种类,仅少数生活于半咸水中。

(十六)三角褐指藻

        细胞卵形、梭形或三角形。卵形的细胞有一个硅质壳面,缺少另一壳面,也无壳环带。可作为鱼、虾、贝幼体的饵料。

(十七)扇形藻

        细胞互相连成扇形或螺旋形群体。壳面棒形或倒卵形,具假壳缝。壳面或带面具横肋纹或细线纹。带面楔形,具1-2个间生带。壳内具发育不全的横膈膜。色素体小盘状,多数。

(十八)双菱藻

        细胞扁平或扭转。壳面一般左右对称,有时两侧呈波状弯曲。壳面中线有拟壳缝,常有强的肋纹。龙骨突及翼状物围绕整个壳缘。管壳缝通过翼状沟与细胞内部相联系。管壳缝是围绕整个壳缘的,因此,横断面就成双菱形。

(十九)双尾藻

        单细胞,三角形、柱形、三角柱形或圆柱形。壳面中央有一条粗直中空的长刺,和贯壳轴平行。有的种类在壳面四周有许多小刺。壳环面的长短随节间带多少而改变。细胞壁薄,花纹不明显。广温型。

(二十)星杆藻

        细胞呈棒状,两端异形,通常一端扩大。细胞以一端连成星状、螺旋状等群体。假壳缝不明显。色素体多数,呈板状或颗粒状。浮游种类,海、淡水均有分布。

(二十一)易端藻

        细胞营固着生活,有时从胶质柄上脱落,成为偶然性的单细胞浮游种类。壳面楔形或棒形,两侧有时稍有起伏,两端圆,上端比下端稍大,上下不对称,两侧对称。壳缝直,壳面花纹为点纹或线纹。带面楔形,末端截形。色素体一片,侧生。海、淡水均有分布。

(二十二)羽纹硅藻

        壳面长椭圆形,两侧平行,两端圆,常在近中央节和极节处膨大。带面长方形。壳面具横的平行的肋纹,进中央及两端的肋纹略成放射状排列。色素体2片,位于带面两侧。海水、半咸水和淡水均产,多分布于淡水的浅水水体中。

(二十三)圆筛藻

        细胞多呈圆盘状。壳面圆形,平坦,有鼓起似表壳面,或近半球形,其中央部分平或凹入。壳面孔纹一般为六角形,排列成辐射型、束型和线型。孔纹在表面正中心有时特别粗大,称中央玫瑰区。正中心有时具小块无纹区称裂隙,较大时称中央无纹区。壳缘部分称外围,最外围孔纹间有小刺,有时具真孔。带面钱币形、柱形或楔形等。壳环纹常呈领状,期间也有孔纹。色素体小而多,粒状、小片状,常分布在细胞四周较浓的原生质中。多为海水种。

(二十四)针杆藻

        单细胞,或连成射出状或扇状群体。细胞长线形,壳面直线形或狭披针形,具细线纹,有假壳缝,壳面中央常有方形或长方形的无纹区。带面直线状长方形。色素体板状,2个,或柱状,多数。带状或颗粒状。分布广泛,淡水、海水都有。

(二十五)舟形藻

        壳面纺锥形或椭圆形等,壳缝直,位于中线。具中央节和极节。花纹多明显,由点纹或线纹组成。带面长方形,无间生带。细胞上下左右均对称。色素体片状,2个,左右对生,罕为4-8个。绝大多数为单细胞,自由生活。分布广泛。