《微藻分类及生态学》PPT课件.ppt

第二章 微藻分类及生态学,第一节 微藻分类学,藻类分门的主要依据 1.藻体的形态,结构; 2.细胞核的构造和细胞壁的结构,化学成分; 3.载色体的结构及所含色素的种类; 4.细胞中贮藏营养物质的类别; 5.鞭毛的有无、数目、结构类型和着生位置; 6.生殖方式及生活史类型。,蓝藻门,是一类最原始、最古老的绿色低等植物。 一、蓝藻门的一般特征： （一）形态：藻体一般分为三种类型 单细胞体：1个细胞组成； 群体：2至多个形态、结构、功能相同的细胞集合或连接而成； 丝状体：单条不分枝，或具多分枝，有的具 假分枝。,（二）细胞结构：典型的原核细胞结构。 1. 细胞壁：主要化学成分是粘肽（肽葡聚糖），外有胶质鞘（果胶酸和粘多糖）。 2. 原生质体： 中心质（中央体）：位于细胞中央，含细丝状DNA，无核膜核核仁；具核的功能。 周质（色素质）：位于中心质的周围，无载色体等细胞器。,类囊体：扁平的膜状光合片层系统，光合色素存在于其表面。 光合色素：叶绿素a、胡萝卜素、叶黄素和藻胆素（藻蓝蛋白，藻红蛋白）。 光合产物：蓝藻淀粉、蓝藻颗粒体和脂质颗粒等。,（三）异形胞 1.特点：部分丝状蓝藻细胞中由普通营养细胞在一定条件下分化形成的特殊细胞；是生活细胞。 2.与营养细胞的主要区别： （1）壁厚；（2）细胞质中的颗粒物质溶解，呈均匀状态；（3）类囊体膜解体，重新形成膜；（4）颜色：淡黄绿色或呈透明状。 3.功能： (1)将藻丝细胞分隔成藻殖段进行营养繁殖； （2)细胞内含固氮酶，可直接固定大气中的氮。,（四）繁殖方式 1.营养繁殖：最主要的方式 （1）细胞直接分裂（裂殖生殖）：单细胞、群体种类； （2）断裂形成藻殖段：丝状体种类。 2.无性生殖：少数种类 （1）外生孢子； （2）内生孢子； （3）厚壁孢子。,（五）生境和分布 分布很广，淡水、海水、潮湿地面、树皮、岩面、墙壁等。,二、蓝藻的经济价值和代表种类,蓝藻门仅1纲，包括4个目，分别为色球藻目（Chroococcales）、颤藻目（Osillatoriales）、念珠藻目（Nostocales）和真枝藻纲（Stigonematophyceae）三纲。 （一）、经济价值： 1. 食用：如普通念珠藻（俗称地木耳，Nostoc commune Vauch.）；发状念珠藻（俗称发菜，Nostoc flagelliforme Born. Et Flah.）；拟球状念珠藻（俗称葛仙米， Nostoc sphaeroides Ktzing )；节旋藻属（螺旋藻，Arthrospira） 2. 固氮作用： N2 NH3,固氮酶,（二）代表种类 1.颤藻属（Oscillatoria） （1）形态：单条藻丝或由许多藻丝组成的群体，藻丝不分枝； （2）结构：无胶质鞘或罕见极薄的鞘，细胞短圆柱形或盘状，顶端细胞形态多样，末端增厚或具帽状结构； （3）繁殖：藻殖段繁殖（在隔离盘处断裂）； （4）特性：能颤动，匍匐式或旋转式运动。,2.节旋藻属（Arthrospira） （1）形态：藻丝多细胞，松弛而规律的卷曲，通常具相对大的直径河和大的螺旋； （2）结构：无鞘；细胞圆柱形，顶端细胞钝圆，横壁明显，常收缢； （3）繁殖：藻殖段繁殖（在异形胞处断裂）。,节旋藻属,3.念珠藻属（Nostoc） （1）形态：单列细胞组成的不分枝的丝状体； （2）结构：具胶质鞘；细胞圆形，排成一行，呈念珠状； （3）繁殖：藻殖段繁殖（在异形胞处断裂）；有时形成厚壁孢子。,3. 微囊藻属（Microcystis） （1）形态：球形、不规则形细胞构成的群体； （2）结构：细胞球形。 水华 夏秋季节，漂浮性蓝藻（如微囊藻）在有机质丰富的水体中过量繁殖，于水表形成的一层有腥味的浮沫，称为水华。 危害：加剧了水质污染；产生毒素，危及水生动物和人、畜，如微囊藻毒素是一种促癌剂。,色球藻,膨胀色球藻,三、蓝藻门在植物界中的地位,蓝藻是地球上最原始、最古老的植物。 1.原始性表现在： （1）结构：原核；无载色体和细胞器；叶绿素中仅含有叶绿素a； （2）繁殖：细胞直接分隔，无有性生殖。 2.古老性表现在：其大约出现在3533亿年前，出现的时间早。,在系统演化上的地位： 1.与细菌最接近： （1）细胞构造：原核；细胞壁成分均为粘肽； （2）繁殖：细胞直接分裂（裂殖）。 2.与其它植物之间的关系： 是独立的类群，因为其细胞构造和繁殖方式差异明显。,绿藻门,绿藻门是藻类植物中种类最多的一门，约有350属，近8600种；它们在植物界的系统演化中具有重要地位，和人类的关系也较密切。 一、绿藻门的一般特征 （一）形态：多种多样 1.单细胞、群体、丝状体、叶状体和管状体等； 2.鞭毛：有或无，多为2，4条顶生等长的尾鞭型鞭毛。 （1）少数单细胞、群体的营养细胞； （2）多数种类的孢子或配子。,（二）细胞结构 1.细胞壁： 内层：纤维素 外层：果胶质 2.原生质体 （1）细胞核：1多核。 （2）细胞器：线粒体、内质网、高尔基体等。 （3）载色体：双层膜。 （4）色素种类：叶绿素a，叶绿素b，胡萝卜素，胡萝卜素，叶黄素。 （5）光合产物：淀粉。,（三）繁殖 1.繁殖器官：单细胞； 2.繁殖方式： （1）营养繁殖：群体、丝状体类型。 （2）无性生殖：产生各种类型的无性孢子，如游动孢子、不动孢子、厚壁孢子等。 （3）有性生殖：普遍,根据有性生殖相融合的两个配子的形态特征分为： 同配生殖：形状、结构、大小和运动能力等方面完全相同的两个配子的结合。 异配生殖：形状、结构相同，大小和运动能力不同的配子的结合。大而运动迟缓的配子是雌配子，小而运动能力强的配子是雄配子。 卵式生殖：形状、结构和大小都不相同的配子的结合。,（四）生境与分布 很广，多数种类生活在水中。其中，淡水种类约占90，海产种类约占10。,二、绿藻门的代表种类 绿藻门是藻类植物中最大的1门，约有350属，近8600种，分2纲，14目。 1.衣藻属（Chlamydomonas） （1）形态：单细胞，卵形；身体前端具两根顶生鞭毛； （2）结构： （3）繁殖 无性生殖：原生质体直接分裂。 有性生殖：多数同配，少数异配或卵配。,2.团藻属（Volvox） （1）形态：数百个以上的衣藻型细胞构成的多细胞的植物体。 （2）特点：有营养细胞与生殖细胞分化。 3.石莼属（Ulva） （1）形态：叶状体。 （2）繁殖：具同形世代交替。 4.水绵属（Spirogyra） （1）形态：丝状体。 （2）繁殖：接合生殖,绿藻门其它常见植物,新月藻,轮藻生殖器官,卵囊 ooginium,精子囊 spermatangium,节间细胞 Internodal cells,节细胞 nodal cells,冠 corona,肠浒苔,缘管浒苔,三、绿藻门的系统演化及地位 1、研究表明，绿藻大约于12 14亿年前起源于“原绿藻”。 2、绿藻门内部有明显的从单细胞到多细胞、从简单到复杂、从低级到高级的演化类型。 3、绿藻与高等植物有很多相似之处，因此许多学者认为高等植物起源于绿藻。,细胞有细胞壁，由两个套合的半片所组成，分上壳和下壳，是由果胶和硅质组成，没有纤维素，壳面上有各种花纹。色素主要有叶绿素a或c 、胡萝卜素、甲黄素，同化产物是金藻昆布糖和油。植物体内的色素主要有胡萝卜素和叶黄素（墨角藻黄素和硅甲黄素），所以植物体呈现黄绿色或金棕色。 硅藻细胞无运动细胞。运动靠原生质环流推动。 形态为单细胞的，可以连接成群体。 主要代表植物：硅藻属(Diatoms)。 硅藻属：是单细胞植物。其细胞壁由两个套合的瓣片组成。其繁殖的方式是有丝分裂和形成复大孢子。,硅藻门,红藻门,一、一般特征： （一）形态： 1.多数为多细胞的丝状体、叶状体和枝状体。 2.无鞭毛。 （二）结构： 1.细胞壁： 内层:纤维素 外层:果胶质。,2.原生质体： (1)细胞核：1核； (2)细胞器：载色体、质体、线粒体、内质网、高尔基体、液泡等。 (3) 载色体： 1至多数，星芒状、盘状或不规则带状。 (4)色素种类：叶绿素a、叶绿素d、-胡萝卜素、叶黄素、藻红素、藻蓝素和别藻蓝素。 (5)光合产物：红藻淀粉。,(三)繁殖： 1.营养繁殖：细胞直接分裂。 2.无性繁殖：产生静孢子、单孢子(紫菜)、四分孢子、果孢子、壳孢子等。 3.有性生殖：卵式生殖 雄性生殖器官(精子囊)产生无鞭毛的不动精子; 雌性生殖器官(果胞)内含1卵 (四)生活史 孢子减数分裂，具世代交替；且多数为配子体、果孢子体和(四分)孢子体三种植物体的世代交替。 (五)分布：多产于海水中，且处于深海中。,二、红藻门代表种类,红藻门约4000余种，分为两纲：红毛菜纲(Bangiophyceae)和红藻纲(Rhodophyceae)。 紫球藻属（Porphyridium） （1）形态：单细胞，常不规则的聚集，外被一层薄胶膜。细胞多数为球形，血红色。 （2）细胞结构：具1个轴生星状或不规则形状的色素体及1个无淀粉鞘的蛋白核。类囊体膜伸入蛋白核。 （3）繁殖：细胞分裂。,Porphyidium,金藻门,一、一般特征： （一）形态： 1.自有运动种类为单细胞或群体，群体的种类由细胞放射状排列呈球形或卵形体，有点具透明的胶被，细胞前端具1条、2条等长或不等长的鞭毛，细胞裸露或在表质覆盖许多硅质鳞片。 2.不能运动的重量为变形虫状、胶群体状、球粒形、叶状体形、分枝或不分枝状体形。细胞具细胞壁，成分以果胶质为主。,（二）结构： 1.细胞壁/裸露/硅质鳞片 2.原生质体： (1)细胞核：1核； (2)细胞器：伸缩泡，色素体，质体、线粒体、内质网、高尔基体、液泡等。 (3) 载色体： 12个，周生，片状。 (4)色素种类：叶绿素a、叶绿素c、胡萝卜素、叶黄素、岩藻黄素。 (5)光合产物：金藻昆布糖、金藻多糖和脂肪。,(三)繁殖： 1.营养繁殖：细胞纵分裂，群体断裂。 2.无性繁殖：产生动孢子、静孢子(细胞内壁形成的，内生的) 3.有性生殖： 锥囊藻属：同配或异配 黄群藻属：异配 (四)分布：淡水及海水均有分布，大多数生长在透明度大、温度较低、有机质含量少的清水水体中，对水温的变化较敏感。,第二节 微藻生态学,一、微藻的分布及主要生态类群 1.分布 微藻细胞微小，形态多样，适应性强，分布广泛。和细菌一起被誉为“先锋生物”。 江河湖海、池塘沟渠 潮湿的土壤岩壁，干土或沙漠 极端环境：冰雪、温泉、盐池,2. 生态类群 水生微藻 陆生微藻 生长环境 气生微藻 浮游微藻 生活方式 底栖微藻,微藻个体差别很大，最小的只有0.2m，最大的可达20mm。 通常所称的浮游植物（phytoplankton）是分布在各种水体中的微藻，根据其个体大小可分成如下几类：,微藻的营养方式大体上有三类： 光自养（Phototrophic） 异养（Hetertrophic） 兼养（Mixotrophic） 绝大多数微藻是光自养的，但有不少光自养类型也营异养生活。,微藻的营养方式大体上有三类： 光自养（Phototrophic） 异养（Hetertrophic） 兼养（Mixotrophic） 绝大多数微藻是光自养的，但有不少光自养类型也营异养生活。,V=D2g（p-）/18,3. 微藻对悬浮的适应,1.改变面积与体积比 直径一般都很小，增大A/V，是下沉速度降低； 2.形状的改变 藻体由球形变成椭圆形或圆柱形等。微藻细胞还通过形成各种突出物（刺、棘），或通过细胞连成各种形状，如链状、网状等，降低下沉速度。,3.改变细胞的相对密度 增加脂肪、油的含量 微藻细胞组成中，多数成分的相对密度大于1 糖：1.5，蛋白质：1.3，核酸：1.7，脂类1，最小0.86。 硅藻的硅质壁相对密度高达2.6，为了增加细胞浮力，其脂类的含量升高有时可达细胞干重的40%。 离子调节 单价离子（Na+、K+）替换双价离子（Ca2+、Mg2+）可以降低其相对密度。,产生胶质 许多微藻具有胞外胶质，这些胶质多为多糖类，其相对密度为1.5，但因吸收大量水，摩擦力增加而降低了下沉速度 具有气囊结构 气囊的相对密度只有0.12左右，许多蓝藻细胞内有气囊机构，通过调节气囊所占体积的比例调节藻体的沉浮。 一般藻体的相对密度略大于淡水的相对密度。,4. 微藻在水体中的空间分布,水平分布 水平分布是指水体表层微藻分布状态。 水流、风、温度、营养等因素 片状分布 垂直分布 许多微藻在进行光合作用时对光量子的需求有显著差异，因而光饱和、光抑制、最适光照度时不同的。分布在不同光强的水层。 相同种类的微藻也因浮力、营养元素、光照度等因子的影响出现垂直分布现象。,5. 种群动态,水体中的微藻种群主要有昼夜变化和季节变化 1. 昼夜变化 微藻昼夜变化主要受光、温度、营养源变化的影响。在天然水体中第一性生产力受许多因素的综合影响，昼夜变化的规律性很难确定。 2. 季节变化 水体中微藻种群的结构及其丰度在不同的季节内有规律地发生变化。,冬季： 水温低、光照弱、昼短夜长 微藻的生物量和生产力都较低 优势种为 耐寒种类 春季： 早春光照增加、水温回升 微藻生长繁殖增快 水温进一步升高、营养物质释放 微藻大量繁殖，形成春季的高峰 夏季： 营养物质大量消耗、其他动物吞食 微藻的种群大量减少 秋季： 微藻出现一个生长高峰期,微藻的生物量在整个周年里呈现出双峰状马鞍形的季节变化规律。 这种变化的规律在不同地区、不同湖泊不完全一样，富营养化的湖泊微藻的生物量在夏季仍处于高峰期。,二、 微藻的生长与环境因子,1.限制因子和忍受限 不同微藻的主要环境因子是不同的，即使是同种，在不同条件下，其主要环境因子也不同。提高限制因子（Limiting factor）的水平，微藻种群增长加快。 微藻对环境因子的最高和最低可忍受值之间的范围就是“忍受限”（Tolerance limit），又称忍受律（Law of Tolerance）。,2. 光 光是微藻生长的重要限制因子。 光周期、光质、光强，时空（纬度、水的深度）。,3. 温度 大多数微藻的最适温度范围较宽，一般在1825，但因种类的不同其最适温度有所差异，具有不同的温度忍受限，如某些蓝藻可在93 下正常生活，而另一些绿藻则可在冰雪中生长。 一般情况，蓝藻、绿藻的温度适应范围较高，夏秋两季不仅种类多，种群数量也很大，而金藻、硅藻多数在温度较低的冬春两季生长繁殖。,4. 营养源 微藻生长所需要的营养元素有1520种。一般情况下，天然水体或土壤里的大多数元素都能满足它们的需要，不会成为限制因子。淡水中常缺磷而海洋中常缺氮，氮和磷含量过低会限制微藻的生长，特别是在夏季藻类生长旺盛时尤