藍藻Cyanobacteria
藍藻又名藍綠藻（blue—green algae），是一類(lèi)進(jìn)化歷史悠久、革蘭氏染色陰性、無(wú)鞭毛、含葉綠素a，但不含葉綠體(區別于真核生物的藻類(lèi))、能進(jìn)行產(chǎn)氧性光合作用的大型單細胞原核生物。 與光合細菌區別是：光合細菌(紅螺菌)進(jìn)行較原始的光合磷酸化作用，反應過(guò)程不放氧，為厭氧生物，而藍細菌能進(jìn)行光合作用并且放氧。它的發(fā)展使整個(gè)地球大氣從無(wú)氧狀態(tài)發(fā)展到有氧狀態(tài)，從而孕育了一切好氧生...
藍藻的介紹
藍藻又名藍綠藻（blue—green algae），是一類(lèi)進(jìn)化歷史悠久、革蘭氏染色陰性、無(wú)鞭毛、含葉綠素a，但不含葉綠體(區別于真核生物的藻類(lèi))、能進(jìn)行產(chǎn)氧性光合作用的大型單細胞原核生物。
與光合細菌區別是：光合細菌(紅螺菌)進(jìn)行較原始的光合磷酸化作用，反應過(guò)程不放氧，為厭氧生物，而藍細菌能進(jìn)行光合作用并且放氧。它的發(fā)展使整個(gè)地球大氣從無(wú)氧狀態(tài)發(fā)展到有氧狀態(tài)，從而孕育了一切好氧生物的進(jìn)化和發(fā)展。至今已有120多種藍細菌具有固氮能力，特別是與滿(mǎn)江紅魚(yú)腥藍細菌(Anabaena azollae)共生的水生蕨類(lèi)滿(mǎn)江紅，是一種良好的綠肥。但是，有的藍細菌在受氮、磷等元素污染后引起富營(yíng)養化的海水“赤潮”和湖泊的“水華”，給漁業(yè)和養殖業(yè)帶來(lái)嚴重危害。
此外，還有少數水生種類(lèi)如微囊藍細菌屬(Microcystis)會(huì )產(chǎn)生可誘發(fā)人類(lèi)肝癌的毒素。 藍細菌廣泛分布于自然界，包括各種水體、土壤中和部分生物體內外，甚至在巖石表面和其他惡劣環(huán)境(高溫、低溫、鹽湖、荒漠和冰原等)中都可找到它們的蹤跡，有“先鋒生物”之美稱(chēng)。它們在巖石風(fēng)化、土壤形成以及水體生態(tài)平衡中起著(zhù)重要的作用。另外，藍細菌具有經(jīng)一定經(jīng)濟價(jià)值，包括許多食用種類(lèi)，如普通木耳念珠藍細菌(即葛仙米，俗稱(chēng)地耳，N．commun)、盤(pán)狀螺旋藍細菌(Spirulina platensis)、最大螺旋藍細菌(Smaxima)等，目前后兩種已開(kāi)發(fā)成有一定經(jīng)濟價(jià)值的“螺旋藻”產(chǎn)品。
藍藻的形態(tài)特征
- 藍藻不具葉綠體、線(xiàn)粒體、高爾基體、中心體、內質(zhì)網(wǎng)和液泡等細胞器，唯一的細胞器是核糖體。含葉綠素a，無(wú)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(chēng)）。
其光合作用系統中具有葉綠素a和光系統Ⅱ，以水為電子供體，放出O2，而其他光合細菌的電子供體一般為H2、H2S和S，不產(chǎn)生氧氣。
一般說(shuō)，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(lèi)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(wú)葉綠體，但在電鏡下可見(jiàn)細胞質(zhì)中有很多光合片層，叫類(lèi)囊體，各種光合色素均附于其上，是含有色素的膜性結構，大大增加了細胞內的膜面積，該結構的主要功能是：進(jìn)行光合作用。
藍藻的細胞壁和細菌的細胞壁的化學(xué)組成類(lèi)似，主要成分為肽聚糖（糖和多肽形成的一類(lèi)化合物）；貯藏的光合產(chǎn)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(zhì)和半纖維素的。外層是膠質(zhì)衣鞘以果膠質(zhì)為主，或有少量纖維素。細胞質(zhì)部分有很多同心環(huán)樣的膜片層結果，稱(chēng)為類(lèi)囊體，光合色素與電子傳遞鏈均位于此。
藍藻中央在光鏡下較周?chē)|(zhì)層明亮，為遺傳物質(zhì)DNA所在部位，相當于細菌的核區，稱(chēng)為中心質(zhì)或中央體?！爸行馁|(zhì)”常不位于中央，與周?chē)|(zhì)無(wú)明確界限。藍藻DNA幾乎裸露，復制可連續進(jìn)行。DNA平均含量比高等動(dòng)物細胞還多。
藍藻細胞分裂時(shí)，細胞中部向內生長(cháng)出新橫隔壁，將中心質(zhì)與原生質(zhì)分為兩半。一般情況下，兩個(gè)子細胞在一個(gè)公共的膠質(zhì)鞘包圍下保持在一起，并不斷分裂而形成絲狀、片狀等多細胞群體。除此之外，藍藻還可以通過(guò)出芽、斷裂和復分裂等方式增殖。
內壁可繼續向外分泌膠質(zhì)增加到膠鞘中。有些種類(lèi)的膠鞘很堅密拌可有層理，有些種類(lèi)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(jiǎn)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(gè)較小的群體。有些單細胞體由于附著(zhù)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(gè)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(zhì)衣鞘中，這是多細胞個(gè)體組成的群體。
藍藻的分布區域
- 分布十分廣泛，遍及世界各地，但大多數（約75%）淡水產(chǎn)，少數海產(chǎn)；有些藍藻可生活在60～85℃的溫泉中；有些種類(lèi)和菌、苔蘚、蕨類(lèi)和裸子植物共生；有些還可穿入鈣質(zhì)巖石或介殼中(如穿鈣藻類(lèi))或土壤深層中（如土壤藍藻）。
藍藻的繁殖方式
- 藍藻的繁殖方式有兩類(lèi)，一為營(yíng)養繁殖，包括細胞直接分裂（即裂殖）、群體破裂和絲狀體產(chǎn)生藻殖段等幾種方法，另一種為某些藍藻可產(chǎn)生內生孢子或外生孢子等，以進(jìn)行無(wú)性生殖。孢子無(wú)鞭毛。至2018年尚未發(fā)現藍藻有真正的有性生殖。
藍藻的作用用途
- 藍藻是最早的光合放氧生物，對地球表面從無(wú)氧的大氣環(huán)境變?yōu)橛醒醐h(huán)境起了巨大的作用。有不少藍藻（如魚(yú)腥藻）可以直接固定大氣中的氮（原因：含有固氮酶，可直接進(jìn)行生物固氮），以提高土壤肥力，使作物增產(chǎn)。還有的藍藻為人們的食品，如著(zhù)名的發(fā)菜和普通念珠藻（地木耳）、螺旋藻等。
據物理學(xué)家組織網(wǎng)報道，美國加州大學(xué)戴維斯分校的化學(xué)家通過(guò)基因工程對藍藻進(jìn)行了改造，使其能生產(chǎn)出丁二醇，這是一種用于制造燃料和塑料的前化學(xué)品，也是生產(chǎn)生物化工原料以替代化石燃料的第一步。相關(guān)論文發(fā)表在2013年1月7日的美國《國家科學(xué)院學(xué)報》上。
論文領(lǐng)導作者、加州大學(xué)戴維斯分?；瘜W(xué)副教授渥美翔太（音譯）說(shuō)：“大部分化學(xué)原材料都是來(lái)自石油和天然氣，我們需要其他資源?！泵绹茉床恳呀?jīng)定下目標，到2025年要有1/4的工業(yè)化學(xué)品由生物過(guò)程產(chǎn)生。
生物反應都會(huì )形成碳—碳鍵，以二氧化碳為原料，利用陽(yáng)光供給能量來(lái)反應，這就是光合作用。藍藻以這種方式在地球上已經(jīng)生存了30多億年。用藍藻來(lái)生產(chǎn)化學(xué)品有很多好處，比如不與人類(lèi)爭奪糧食，克服了用玉米生產(chǎn)乙醇的缺點(diǎn)。但要用藍藻作為化學(xué)原料也面臨一個(gè)難題，就是產(chǎn)量太低不易轉化。
研究小組利用網(wǎng)上數據庫發(fā)現了幾種酶，恰好能執行他們正在尋找的化學(xué)反應。他們將能合成這些酶的DNA（脫氧核糖核酸）引入了藍藻細胞，隨后逐步地構建出了一條“三步驟”的反應路徑，能使藍藻將二氧化碳轉化為2,3丁二醇，這是一種用于制造涂料、溶劑、塑料和燃料的化學(xué)品。
渥美翔太說(shuō)，由于這些酶在不同生物體內可能有不同的工作方式。在實(shí)驗測試之前，無(wú)法預測化學(xué)路徑的運行情況。經(jīng)過(guò)3個(gè)星期的生長(cháng)后，每升這種藍藻的培養介質(zhì)能產(chǎn)出2.4克2,3丁二醇——這是迄今將藍藻用于化學(xué)生產(chǎn)所達到的最高產(chǎn)量，對商業(yè)開(kāi)發(fā)而言也很有潛力。
渥美翔太的實(shí)驗室正在與日本化學(xué)制造商旭化成公司合作，希望能繼續優(yōu)化系統，進(jìn)一步提高產(chǎn)量，并對其他產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)驗，同時(shí)探索該技術(shù)的放大途徑。
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