藍藻


藍藻照片

藍藻是原核生物,又叫藍綠藻 藍細菌;大多數藍藻的細胞壁外面有膠質衣,因此又叫粘藻。在所有藻類生物中,藍藻是最簡單、最原始的一種。藍藻是單細胞生物,沒有細胞核,但細胞中央含有核物質,通常呈顆粒狀或網狀,染色質和色素均勻的分布在細胞質中。該核物質沒有核膜和核仁,但具有核的功能,故稱其為原核(或擬核)。在藍藻中還有一種環狀DNA——質粒,在基因工程中擔當了運載體的作用。和細菌一樣,藍藻屬于“原核生物”。

基本簡介

  藍藻(Cyanobacteria)和具原核的細菌等一起,單立為原核生物界。所有的藍藻都含有一種特殊藍藻(藍細菌)的藍色色素,藍藻就是因此得名。但是藍藻也不全是藍色的,不同的藍藻含有一些不同的色素,有的含葉綠素,有的含有藍藻葉黃素,有的含有胡蘿卜素,有的含有藍藻藻藍素,也有的含有藍藻藻紅素。紅海就是由于水中含有大量藻紅素的藍藻,使海水呈現出紅色。
  藍藻是單細胞原核生物,又叫藍綠藻、藍細菌,但不屬于細菌,也不是綠藻。藍藻是一類藻類的統稱,其標志便是單細胞、沒有以核膜為界限的細胞核。常見的藍藻有藍球藻(色球藻)、念珠藻、顫藻、發菜等。藍藻都為單細胞生物,以細胞群形式出現時才容易看見,也就是我們通常見到的“水華”。衣藻屬于綠藻,真核生物,不同于藍藻。考試時考得比較多的是發菜和衣藻。一般考試時所說的藻類除了上述幾種藍藻大多是綠藻。注意藍藻和綠藻的區別非常重要。

分類科屬

  藍藻(Cyanobacteria)包括藍球藻Basketballalgae、顫藻Oscillatoriasp、念珠藻Nostoc和發菜seaweed。
  藍藻屬藍藻門分為兩綱:色球藻綱和藻殖段綱。色球藻綱藻體為單細胞體或群體;藻殖段綱藻體為絲狀體,有藻殖段。藍藻在地球上大約出現在距今35~33億年前,已知藍藻約2000種,中國已有記錄的約900種。分布十分廣泛,遍及世界各地,但大多數(約75%)淡水產,少數海產;有些藍藻可生活在60~85℃的溫泉中;有些種類和菌、苔蘚、蕨類和裸子植物共生;有些還可穿入鈣質巖石或介殼中(如穿鈣藻類)或土壤深層中(如土壤藍藻)。

形態特征

  藍藻細胞模式圖藍藻不具葉綠體、線粒體、高爾基體、中心體、內質網和液泡等細胞器,唯一的細胞器是核糖體。含葉綠素a,無葉綠素b,含數種葉黃素和胡蘿卜素,還含有藻膽素(是藻紅素、藻藍素和別藻藍素的總稱)。一般說,凡含葉綠素a和藻藍素量較大的,細胞大多呈藍綠色。同樣,也有少數種類含有較多的藻紅素,藻體多呈紅色,如生于紅海中的一種藍藻,名叫紅海束毛藻,由于它含的藻紅素量多,藻體呈紅色,而且繁殖的也快,故使海水也呈紅色,紅海便由此而得名。藍藻雖無葉綠體,但在電鏡下可見細胞質中有很多光合膜,叫類囊體,各種光合色素均附于其上,光合作用過程在此進行。藍藻的細胞壁和細菌的細胞壁的化學組成類似,主要為肽聚糖(糖和多肽形成的一類化合物);貯藏的光合產物主要為藍藻淀粉和藍藻顆粒體等。細胞壁分內外兩層,內層是纖維素的,少數人認為是果膠質和半纖維素的。外層是膠質衣鞘以果膠質為主,或有少量纖維素。內壁可繼續向外分泌膠質增加到膠鞘中。有些種類的膠鞘很堅密拌可有層理,有些種類膠鞘很易水化,相鄰細胞的膠鞘可互相溶和。膠鞘中可有棕、紅、灰等非光合作用色素。藍藻的藻體有單細胞體的、群體的和絲狀體的。最簡單的是單細胞體。有些單細胞體由于細胞分裂后子細胞包埋藍藻(藍細菌)在膠化的母細胞壁內而成為群體,如若反復分裂,群體中的細胞可以很多,較大的群體可以破裂成數個較小的群體。有些單細胞體由于附著生活,有了基部和頂部的極性分化,絲狀體是由于細胞分裂按同一個分裂面反復分裂、子細胞相接而形成的。有些絲狀體上的細胞都一樣,有些絲狀體上有異形胞的分化;有的絲狀體有偽枝或真分枝,有的絲狀體的頂部細胞逐漸尖窄成為毛體,這也叫有極性的分化。絲狀體也可以連成群體,包在公共的膠質衣鞘中,這是多細胞個體組成的群體。

繁殖模式

  藍藻的繁殖模式有兩類,一為營養繁殖,包括細胞直接分裂(即裂殖)、群體破裂和絲狀體產生藻殖段等幾種方法,另一種為某些藍藻可產生內生孢子或外生孢子等,以進行無性生殖。孢子無鞭毛。目前尚未發現藍藻有真正的有性生殖。

使用價值

  藍藻是最早的光合放氧生物,對地球表面從無氧的大氣環境變為有氧環境起了巨大的作用。有不少藍藻(如魚腥藻)可以直接固定大氣中的氮(原因:含有固氮酶,可直接進行生物固氮),以提高土壤肥力,使作物增產。還有的藍藻為人們的食品,如著名的發菜和普通念珠藻(地木耳)、螺旋藻等。

主要危害

  在一些營養豐富的水體中,有些藍藻常于夏季大量繁殖,并在水面形成一層藍綠色藍藻水華而有腥臭味的浮沫,稱為“水華”,大規模的藍藻爆發,被稱為“綠潮”(和海洋發生的赤潮對應)。綠潮引起水質惡化,嚴重時耗盡水中氧氣而造成魚類的死亡。更為嚴重的是,藍藻中有些種類(如微囊藻)還會產生毒素(簡稱MC),大約50%的綠潮中含有大量MC。MC除了直接對魚類、人畜產生毒害之外,也是肝癌的重要誘因。MC耐熱,不易被沸水分解,但可被活性碳吸收,所以可以用活性碳凈水器對被污染水源進行凈化。
  藍藻等藻類是鰱魚的食物,可以通過投放此類魚苗來治理藻類,防止藻類爆發。

爆發原因

  藍藻爆發成因為富營養化。過量的養分主要來自于以下這些源頭:
  1. 化肥流失,化肥是很多富營養化區域的主要養分來源,例如在密西西比河流域,67%的氮流入水體,隨之流入墨西哥灣,波羅的海和太湖中超過50%的氮也來自化肥的流失。
  2. 生活污水,包括人類的生活廢水和含磷清潔劑。
  3. 畜禽養殖,畜禽的糞便含有大量營養廢物如氮和磷,這些元素都能造成富營養化。
  4. 工業污染,包括化肥廠和廢水排放。
  5. 燃燒礦物燃料,在波羅的海中約30%的氮,在密西西比河中約13%的氮來源于此。

國外評述

  Cyanobacteria is the scientific name for blue-green algae(藍藻學名為藍細菌)Cya藍藻爆發nobacterial toxins are the naturally produced poisons stored in the cells of certain species of cyanobacteria. (在部分藍藻內部的特定區域存有藻毒素)These toxins fall into various categories. Some are known to attack the liver (hepatotoxins) or the nervous system (neurotoxins); others simply irritate the skin. These toxins are usually released into water when the cells rupture or die.(Although many people have become ill from exposure to freshwater cyanobacterial toxins, death from algal-contaminated drinking water is unlikely to occur given that water resources are usually effectively managed to control taste, odour and other algae-related problems. It’s possible that extended exposure to low levels of cyanobacterial hepatotoxins could have long-term or chronic effects in humans.(藍藻毒素內分為很多種,通過其危害模式可分為肝毒素和神經毒素,它們是已知的會侵襲肝臟和神經的毒素,另一類毒素對皮膚有刺激作用,當藍藻細胞破裂或死亡時,毒素就會被釋放到水中)Although many people have become ill from exposure to freshwater cyanobacterial toxins, death from algal-contaminated drinking water is unlikely to occur given that water resources are usually effectively managed to control taste, odour and other algae-related problems. It’s possible that extended exposure to low levels of cyanobacterial hepatotoxins could have long-term or chronic effects in humans.(當暴露在含有藍藻毒素的湖水中,雖然一部分人會生病,但是飲用含有受污染藻類的水卻未必會造成死亡。長期地暴露在含有藍藻肝毒素的水中,即使含量較低,也有可能對人體產生長期的或慢性的不利影響)If you ingest water, fish or blue-green algal products containing elevated levels of toxins, you may experience headaches, fever, diarrhoea, abdominal pain, nausea and vomiting. If you swim in contaminated water, you may get itchy and irritated eyes and skin, as well as other hay fever-like allergic reactions. If you suspect you might have come into contact with cyanobacterial toxins and are experiencing any of these symptoms, rinse any scum off your body and consult your physician immediately.(如果你不斷的攝入含有藍藻的水,魚或者其他水產品,就可能會產生頭痛,發燒,腹瀉,腹痛,反胃或者嘔吐。如果你在受污染的水中遊泳,也有可能會產生皮膚發癢或者眼睛、皮膚受到刺激,如果你懷疑直接接觸到了污染水源并且身體發生了不良反應,用干凈水沖洗身體并立即聯系醫生)Boiling water does not remove toxins from the water. As it is impossible to detect the presence of toxins in the water by taste, odour or appearance, you must assume that they are present until testing is completed.(煮沸的水不會去除藍藻中的毒素,因為你不可能憑借水的外表,氣味或者味道去檢測毒素的存在,只有化學測試才可以)If there is a safe source of water available, don’t use contaminated water for washing clothes or dishes. If no alternative supply is available, use rubber gloves to avoid direct contact with the water. Bathing or showering in contaminated water should be avoided, as skin contact with the algae can lead to skin irritation and rashes.(如果條件允許,不要使用受污染水洗衣服和餐具,如果實在沒有其他水源,做家務要用水時必須戴上橡膠手套,使用受污染水洗澡應該避免,因為皮膚直接接觸水會造成皮膚刺激和皮疹)
  藻毒素具有水溶性和耐熱性。易溶于水,甲醇或丙酮,不揮發,抗pH變化。MC-LR的分子式為C49H74N10O12,分子量為995.2(計算時往往按1000計)。
  其在水中的溶解性大于1g/L,化學性質相當穩定。在水中藻毒素自然降解過程是十分緩慢的,當水中的含量為5ug/L時,三天后,僅10%被水體中微粒吸收,7%隨沙沉淀。藻毒素有很高的耐熱性,加熱煮沸都不能將毒素破壞,也不能將其去除;自來水處理工藝的混凝沉淀、過濾、加氯也不能將其去除。有調查試驗研究表明在某湖周圍3個自來水廠的出廠水中檢出低濃度的藻毒素(128~1400ng/L),結果提示采用一般的飲水消毒處理不能完全消除水體中的藻毒素。
  它是一種肝毒素,這種毒素是肝癌的強烈促癌劑。
  家畜及野生動物飲用了含藻毒素的水后,會出現腹瀉、乏力、厭食、嘔吐、嗜睡、口眼分泌物增多等癥狀,甚至死亡。病理病變有肝臟腫大、充血或壞死,腸炎出血、肺水腫等。
  對于人類健康,微囊藻毒素也具有很大危害性。其中MC-LR的半致死劑量(LD50)約為50~100 ug/kg。人們在洗澡、遊泳及其他水上休閑和運動時,皮膚接觸含藻毒素水體可引起敏感部位(如眼睛)和皮膚過敏;少量喝入可引起急性腸胃炎;長期飲用則可能引發肝癌。醫學部門已發現飲水中微量微囊藻毒素與人群中原發性肝癌的發病率有很大相關性。1996年在巴西造成100多名急性肝功能故障,7個月內至少50人死于藻毒素產生的急性效應,引起舉世矚目的關心。淡水水體中的藍藻毒素已成為全球性的環境問題,世界各地經常發生藍藻毒素中毒事件。

藍藻大事件

  2007年5月28日起,無錫太湖區域藍藻大面積爆發,引發無錫市自來水嚴重污染,市區純凈水被哄搶,政府雖及時采取措施,但已經對人民的生活產生很大的影響。
  2010年11月29日,云南昆明滇池藍藻大量繁殖,在昆明滇池海埂一線的岸邊,湖水如綠油漆一般。 綠浪翻滾的湖水涌向岸邊,帶來一陣陣腥臭氣味。滇池是云南九大高原湖泊中污染最嚴重的一個,現在水質為劣V類,每當氣溫上升,加之富營養化嚴重,均要引起藍藻爆發,造成嚴重污染。
  2011年8月21日,受持續高溫影響,安徽巢湖局部湖面藍藻又開始“抬頭”,出現較大面積藍藻集聚。巢湖市高度關心城市集中式飲用水水源地水質狀況,開展藍藻攔截、打撈和自來水深度處理措施。

UV-B影響

  UV-B可以破壞藍細菌的運動性和趨光性,可以影響許多其他的生理和生化過程,這將造成生產力的降低,發芽和分化的破壞。光合色素會被UV-B漂白,光捕獲復合體的結構受到影響,這些都會損壞光合作用。
  DNA和蛋白質的主要作用位點、氮代謝中的酶對于UV-B表現出不同的敏感性。UV對固氮酶和谷氨酰氨合成酶的活性產生抑制,但會提高硝酸還原酶的活性(當暴露在認為的UV-B下)。UV-B也會影響基本的光合作用的反應和二氧化碳的吸收。Synechococlus通過快速改變光合系統中酶的形式來抵抗UV。這種分子的可塑性在種群水準上來的抵抗UV-B是非常重要的,這使得光合系統對UV-B的敏感性每天都在改變。然而,光合作用可以被UV-A合藍光所激活。
  藍細菌已經發展了對于UV-B的影響的對策。這包括:a、產生象MAAs類的光保護物質 b、通過遷移到避光的地帶來逃避UV c、產生猝滅物質如類胡蘿卜素和超氧化物 d、修復機制象光活化和光獨立的DNA修復 e、激活抗氧化酶。UV-B在許多藍細菌中誘導了MAAs的產生。在Anabaenasp中顯示只有在290nm的光可以誘導MAAs。除了光保護作用外,MAAs還具有調節滲透壓和抗凍作用。其他的UV-A激活物質也被發現。在藍細菌和藻類中的光保護物質已經建立了資料庫。
  南極的藍細菌形成大的蒲狀菌落。UV-B對于Leptolyngbya的菌落具有很強的光化學抑制作用,但是不如對Phormidium的抑制作用大。后者包括了比前者多25倍的MAAs和2倍的類胡蘿卜素。Rai 和同事研究了UV-B和重金屬污染之間的關系對于氮固定的作用,并發現二者具有協同性。