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藻类的生物学特性(OBAO2)

(2010-02-16 19:43:15)
标签:

养生

藻类

水体

蓝藻

金藻

深水湖

杂谈

分类: 学习班
一、藻类的形态、结构。
    浮游藻类大多数是单细胞种类,在生理上类同于植物细胞,只是细胞较小,仅悬浮于液体介质中。藻类可划分为:蓝藻门、硅藻门、绿藻门、甲藻门、裸藻门等,在不同的水体类型和营养条件下,会出现不同的优势藻属。在淡水中,蓝藻中的微囊藻和硅中的颗粒直链藻一般被认为是富营养型湖泊的典型代表。
    藻类细胞和植物细胞在结构上是相似的,有活性的细胞质膜,有一系列高度分化的细胞器和内含物。包括:细胞壁、核、色素和色素体、储藏物质、鞭毛。其中蓝藻细胞为原核细胞其余所有藻类都属真核细胞。原核蓝藻结构保守,代谢途径多样化:真核藻类在结构上高分化,代谢途径保守。
二、藻类在水体中的悬浮机制。
    藻类作为光合自养生物要维持不断的生长就必须能够在绝大部分时间内处于真光带区域。Smayda认为,水的运动对藻类等浮游植物的悬浮有着重要的意义。在无水运动的情况下,绝大多数非游动的浮游植物将会下沉。自然水体浮游植物种群的典型下沉速度为0.1m/d到1~2m/d。
    藻类对悬浮生活的适应有几个因素:体型大小、密度和体型阻力。一般而言,藻类可通过如下途径来适应悬浮生活:
    分泌黏液或制造胶状物质,使个体减轻;
    形成气囊壮物质,如蓝藻细胞的伪空胞;
    形成比重较小的代谢物质,如进行光合作用的细胞产生气体、脂肪或油珠等物质;
    增加身体表面积以增加与水的摩擦抵抗力,如某些硅藻和甲藻的细胞表面有刺或突起,其下沉时的阻力就大许多倍。
    水的粘滞性随温度而改变。从0~25℃同一个体下沉速度就快1倍。
    概括而言,浮游藻类减小平均密度的机制包括:①储存相对密度较轻的脂类;②离子调节;③在蓝细菌中,分泌黏液质或产生伪空胞。
三、藻类在水体中的时空分布特点
    藻类的生存环境是异质的,从时间上看,最显著变动的因子如温度、光照强度、水动力学特性、营养物可利用性等,这些变动可在不同的时间水平上得以反映。
    湖泊水体具有垂直的异质性。以温带深水湖泊为例,水柱温度分层过程既是水层物理性状分层的原因也是结果。每一分层有其特有的运动、温度、水密度和盐度。渗透压也随水层深度呈现梯度变化。以水温为例,垂直分布随湖水深度的变化而不同。长江中下游的浅水湖,全年以正温层为主,冷空气侵袭时出现短暂的逆温现象,阴雨天则呈同温层分布,接近多循环型;内陆深水湖夏季属正温层,春秋属同温层,冬季冰层下呈逆温层,输双循环型;外流深水湖春夏秋三季为正温层,夏季出现明显的温跃层,冬季近于同温层。
由于不同深度水层所接受的光照强度和水体热力学状态的显著差异,藻类分布在空间垂直的异质性也是较明显的。而所有以上这些因子促成了藻类具有连续性的垂直分布现象。藻类本身也会强化垂直分层,例如,藻类在表层吸收营养后,下降于底层并分解,则会引起表层营养的缺乏和深层营养的增加;悬浮藻体对阳光的吸收和散射,使光照强度随深度的增加而减弱的现象更加显著。
     水平分布差异一般在水体处于相对静止和藻类生活环境没有发生变化的情况下才能保持。在通常情况下,浮游藻类的水团分布是沿岸带>河口带>敞心区(湖心区)。
这是因为,沿岸带有来自地表径流的外源营养和明显的水体混合,是藻数量大的主要原因;河口区由于有来自湖水携带的外源营养的补充,营养较丰富,藻数量也较高;敞水带尽管湖底聚集大量的营养物质,但由于较深或分层的缘故,藻数量少。
     另外,环境因子也影响着藻类的分布,例如风向、水流、水位等。
四、藻类的季节演替规律。
     藻种群组成的季节变化,可由两种机制或两种机制的复合作用引起。两种机制是指演替和次序变化。演替是一个特定水体内的物理(如光、温)、化学(营养物、水质、毒素)和生物(竞争、摄食)因素的改变所引致的种类变化,而次序则是由水体类型的变动而引起的种类变化。一个典型的演替是固有种类的变化,而典型的次序变化则是外来种群引入和繁殖所引起的。
    温带地区许多湖泊藻种群组成变动的周期是及其相似的。冬季,尽管水体营养物质浓度升高,由于水温低、光照强度低和日照短,藻类生物量和生产力很低。构成冬季水体的优势种往往是几个门类的耐寒种。早春虽然温度依然很低,但光照强度增高,日照长,促进了藻类的大量增殖。随后,水温逐渐升高,水体分层开始进行,藻类可充分利用水体营养,此时由于生长缓慢的浮游动物的延迟出现,个体较小、易被吞食且生长迅速的种类便成了春季水华的优势种群。随着浮游动物摄食压力增大,水体中营养物质缺乏,春季水华结束,标志着藻类生产力的夏季下降。无论是淡水还是海水环境,硅藻都是春季水华的优势种类,在温带湖泊中绿藻也是大量发生的春季和夏季种类。在水体富营养化时,绿藻和蓝藻常相伴大量共存。夏季则是个体较大、不易被摄食的种类普遍发生。由于夏末水体分层结束后发生混匀,常在秋季出现较小的硅藻增殖。
    藻类季节演替还受其他一些因素影响。例如,硅藻生物量的下降很可能与水体混匀层硅的再生速率低有关。而在营养缺乏的水体分层时期,游动细胞则可能利用其游动能力主动找合适的位置而占优势。从代谢水平上看,夏季浮游生物量的下降部分可以认为是光合作用与呼吸作用比率的下降所致。因为,营养物缺乏降低了光合作用速率,而高温提高了呼吸速率,从而导致低的净生物量。
五、藻类群落及生存对策
    藻类在海洋中的种类主要是硅藻和甲藻类群,淡水中主要是硅、甲藻、绿藻、蓝藻、金藻和黄藻的混合体,一般而言,寡营养水体中以金藻和鼓藻占优势,富营养水体中则是蓝藻和硅藻占优势。
藻类的生存对策则是由Timan基于资源竞争的理论模式来解释,Tilman模式指出了有不同营养要求的种之间的竞争和共存的一般规律。
   按生物学竞争排斥原理,在某一水体最终应仅剩下一个或几个最能有效利用有限资源的种类,但实际在同一水体中可以同时有10~50种藻类共存,这可以有几种解释:
   ⑴不同藻类具有各自的营养物需求特征,不同藻类被不同营养物所限制,避免了直接竞争,使许多种类生活在一起成为可能。
   ⑵浮游动物的摄食增加了藻类共存的机会。摄食降低了藻细胞的总生物量,从而减缓了对营养物资源的需求强度,进而缓和了种类间竞争营养物的程度。又因为了不同的浮游动物摄食有种类和大小的选择性,通过对优势种类的摄食,可利于大多数相对劣势的种群的生存。
   ⑶湖泊混合层和海洋并不是均质的。在无风温和的气候条件下,光、温度、营养的垂直梯度分布提供了空间上的异质化,使得不同种类得以在各自的最适区域生长繁殖,从而使竞争降到最小。另外,藻类在生理功能上的昼夜节律也为资源的利用提出了暂时的异质化条件。
总结藻类的生物学特性,可以看出藻类的生长态势受环境的影响很大,具体包括水温、光照、地形、共存生物等等。

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