不同的角度不一样的认识:最简单的自养植物生物——蓝藻

发表时间:2024/05/13 00:13:03  作者:刘文俊 整理  浏览次数:366  
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水华,是指由于水体富营养化而导致的大规模藻类和蓝细菌爆发,使水体变色的现象。水华主要是由大量繁殖的绿藻、硅藻等藻类和蓝细菌引起,但尤以蓝细菌即蓝藻水华是最常见的一种。蓝藻又称蓝细菌,它是最简单的自养植物类型之一,它能进行与高等植物类似的光合作用,但又与光合细菌的光合作用机制不一样。蓝藻尽管被称为“蓝细菌”,但蓝藻的颜色实际上还包括绿色、黄色、棕色、红色甚至粉色等。

左图和右图展示了两处不同地区发生的蓝藻水华现象,左图拍摄于肯尼亚,右图则拍摄于中国太湖。图源:科普中国

一.最简单的自养植物生物——蓝藻

蓝藻是一种古老的光合作用生物,它能在各种极端环境下生存,包括污染严重的池塘和湖泊。蓝藻在生态系统中扮演着重要的角色,它们能够通过光合作用产生氧气,为水生生物提供生存条件。蓝藻水华常由以下几种蓝藻爆发导致:长孢藻,浮丝藻,微囊藻,拟筒孢藻,节球藻,束毛藻。

a.长孢藻 b.浮丝藻 c.微囊藻 d.拟筒孢藻 e.节球藻 f.束毛藻。图源:科普中国

蓝藻细胞没有进行光合作用的专门细胞器,仅有十分简单的光合作用结构装置。蓝藻细胞的遗传信息载体与其它原核细胞一样,是一个环状的DNA分子,但遗传信息量很大,可与高等植物相比。蓝细胞的体积比其它原核细胞大得多,直径一般在10μm左右,甚至可以达到70μm。蓝藻应属单细胞生物,但有些蓝藻常以丝状的细胞群体存在。

蓝藻细胞内含有丰富的色素,比如藻蓝素与叶绿素使细胞呈绿色,有些种类的蓝藻还含有黄色色素,红色色素,随着细胞内各种色素含量不同,细胞也呈现各种不同颜色。虽然都属于蓝藻,却不一定是蓝绿色。

二.认识蓝藻的中心质和光合片层

蓝藻细胞中央部位是遗传物质DNA所在部位,它相当于细菌的核区,称为“中心质”。中心质指的形态不同种类和同一种类的不同发育时期往往变化很大,虽然称中心质,但经常不位于中心,细胞质与中心质间无明确界限。

蓝藻的DNA也是裸露的,不与碱性蛋白结合,复制也是连续的,不局限于某一特定时间内进行,与细菌的核区不同,中心质DNA含量大,有些种类的DNA平均含量比高等动植物细胞的含量还多,其量变动很大。

光合片层是位于细胞质部分的同心环样的膜片层结构,上面规则的排列的直径约35纳米左右的小体,一般称为藻胆蛋白体,它由几种藻胆蛋白构成。藻胆蛋白分子由α、β两个亚基构成,藻胆蛋白的作用是将光能传递给叶绿素a。

蓝藻含有叶绿素a,它属于一种原始的光合作用。蓝藻与某些有光合中的细菌不一样,蓝藻在进行光合作用时可放出氧气,而光合细菌不能放出氧气。

三.蓝藻的表面结构和内含物

蓝藻细胞膜外有细胞壁和一层胶质层。蓝藻的细胞壁除了有和高等植物一样的纤维素成分外,还有与细菌相似的肽聚糖。细胞壁外的角质层也称为鞘,易被碱性染料染色,其成分可能是酸性粘多糖和果胶质,鞘中有丰富的纤维丝状结构,分布在不定型基质中,这些纤维的方向随种的不同而具有不同的特征。鞘对于蓝藻抵抗不利环境很重要。

蓝藻细胞质里面含有许多各具特点的内含物,如蓝藻淀粉,脂滴、蓝藻颗粒体,多磷酸脂体,多角体等,这些内含物各自有其特征性的细胞化学染色性能。它们的形态与细胞的生理状态、细胞的发育年龄和环境有关。它们中间有的是储存性的养料,有的代谢功能还不十分清楚。

蓝藻的藻体有单细胞体、群体和丝状体,它们的繁殖主要靠细胞分裂。分裂时细胞中部向内生长出新横隔壁,将中心质与原生质分为两半。一般情况下两个子细胞在一个公共的胶质包围下保持在一起,并不断的进行分裂而形成多细胞的群体。

四.有人说在有蓝藻的池塘里氨氮亚硝酸盐却不超标

在人的印象中蓝藻似乎总是与污染、水质恶化等负面词汇联系在一起,但实际上,蓝藻也有它不为人知的一面,有人说在有蓝藻的池塘里氨氮亚硝酸盐却不超标。

为什么在有蓝藻的池塘里,氨氮亚硝酸盐却不超标呢?有人解释说这背后其实有着复杂的生态机制。首先,我们要明白氨氮和亚硝酸盐是水体中的两种主要污染物,它们来源于动物粪便、化肥、残饵等有机物的分解。当这些污染物超过一定浓度时,就会对水生生物造成危害。

然而,此时的蓝藻却能够吸收水体中的氮、磷等营养物质,进行光合作用并产生氧气。在这个过程中,蓝藻会消耗掉一部分氨氮和亚硝酸盐,从而降低它们的浓度。此外,蓝藻死亡后分解的有机物也会被其它微生物进一步分解和利用,进一步减少污染物的积累。

五.蓝藻水华的发生机理

在富营养化的水体中,蓝藻水华通常表现为蓝藻在短时间内大量繁殖,在水面形成一层“浮膜”。在水体富营养化状况得不到有效控制之前,这种现象会周期性地重复出现。蓝藻水华的快速爆发,主要是通过营养繁殖和孢子繁殖两种方式实现的,而蓝藻还具有准性生殖等其它繁殖模式。

水体富营养化指的是由于施用磷肥、氮肥等,导致水体中营养盐积累的现象,被认为是引发水华(即藻类或蓝细菌大量繁殖)的主要原因。值得注意的是,营养盐的富集具有累积性。除了营养盐这一主导因素外,温度、海洋酸化、生物间相互作用(如浮游动物牧食)、水体动力学等,也被视为影响水华爆发的重要环境和生物因子。

蓝藻水华(图片来源网络)

六.蓝藻水华的危害

蓝藻水华会释放毒素,形成有毒的有害藻华,不仅会威胁生态系统的正常功能,还会影响水质(导致水体散发恶臭)和渔业(引起水体缺氧而导致鱼类大量死亡)发展。

虽然蓝藻能够吸收二氧化碳并释放氧气,但在被微生物降解的过程中,却会消耗大量氧气,可能导致鱼类和底栖无脊椎动物的死亡。此外,蓝藻合成的环肽类和生物碱类毒素会对鸟类及包括人类在内的哺乳动物的肝脏、消化系统和神经系统造成损害。

七.蓝藻水华的治理方法

治理水华的方法有多种,包括降低水体富营养化水平、采用水动力学和化学方法,以及生物防治等。这些方法在一些湖泊的治理中已被证实有效。

降低水体富营养化水平

从源头控制流入水体的营养物质,降低水体富营养化程度,这种方法通常被视为解决蓝藻水华爆发的根本之策。比如,合理施肥,减少化肥的使用量,避免过量施肥导致水体富营养化。禁止在洗涤剂中添加磷酸盐、减少磷肥施用等。

水动力学方法

水动力学方法指通过人工增加水流动,比如增加水量,开动增氧机,破坏蓝藻依赖气囊获得的浮力优势,使其地位被绿藻和硅藻所取代,从而缓解水华。尽管这种方法有效,但其所需成本通常较高。

化学方法

化学方法是用化学剂比如蓝藻分解素等,虽能快速去除水华,但难以长期奏效,且多数化学品对其它水生物有一定毒性。

生物防治

生态修复,在污染严重的池塘和湖泊中引入一些能够吸收氮、磷等营养物质的植物和微生物,比如芦苇、浮萍等。花白鲢对防范蓝藻水华的效果非常好,贻贝等滤食性软体动物对治理效果有待验证,人为调节浮游动物和鱼类种群结构来抑制水华,同步降低水体富营养化水平。

八.总结

蓝藻水华作为一种由水体富营养化、气候变化等多重因素促成的现象,过量的氮磷营养物质以及高温环境是诱发蓝藻快速增殖的主要诱因,因此,控制水体内氮磷含量被视为治理蓝藻水华的根本对策。

(综合:西南渔业网)

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