第三章 藻类植物

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藻类是最低等的植物之一,属于单细胞植物,一个细胞担负着所有的工作。虽然藻类种类繁多,但它们并非一个独立的自然类型,而是一个非常大的集群。这类植物拥有共同特征,它们体内的叶绿素能够进行光合作用,所以人们将它们称为藻类。藻类植物都是自养植物,整个生物体中的所有细胞都会参与生殖作用。

第一节 蓝藻门和红藻门

蓝藻门还有个别名叫蓝绿藻门,它虽然是藻类植物中最简单、最低级的一门,但却是历史上最古老的植物。早在30多亿年前,蓝藻门就已出现在地球上。它的出现增加了地球上的氧气,也为其他生物的出现创造了条件,奠定了基础。

大部分蓝藻门类植物都生长在富含有机物的淡水中,另外小部分分布在湿土、岩石、树干和海洋中,也有一些与真菌一起形成地衣,还有一些生长在植物体内形成内生植物,甚至有少数种类还能生长在温泉内或终年被积雪覆盖的极地。蓝藻门植物的细胞壁缺乏纤维素,也没有真正的细胞核,细胞中央虽然含有构成细胞核的染色质,但却没有核膜和核仁。在蓝藻门类植物的细胞内,除了含有叶绿素和胡萝卜素外,还含有藻蓝素,还有一些蓝藻门植物含有藻红素。不过,与其他植物不同的是,蓝藻门植物的色素并不是被细胞质包围着的,而是分布在细胞质的周围。蓝藻门的繁殖方式是分裂生殖,而不是有性生殖。

蓝藻门的一些种类被广泛应用到生活中,如项圈藻、念珠藻、简孢藻等藻类具有固氮的作用,能够使土壤更加肥沃,葛仙米、发菜、海雹菜等藻类可以食用。但是,有些蓝藻门植物如果生长过多,便会给人类造成危害,比如微胞藻、项圈藻等,如果在夏季生长速度过快,量过多,就会降低水中的含氧量,而且这些藻类在死后会分解产生毒素,导致鱼虾等生物生病,甚至死亡。

红藻是藻类植物中的另一个种类,大部分是多细胞植物,体长从几厘米到十几厘米不等。红藻的颜色并不是纯正的红色,通常是紫红色,也有褐色、绿色、粉色、黑色等多种,颜色不一。这是因为红藻除了含有叶绿素和胡萝卜素外,还含有藻胆素(藻红素和藻蓝素)。红藻所储藏的养分,通常是一种特殊的非溶性多糖类,这种糖类叫作红藻淀粉。另外,一些红藻的体内还含有硝盐,尤其是在一些红藻比较老的部位,硝盐的含量更高。红藻的繁殖方式是产生孢子和卵配生殖,但没有鞭毛。它们是有性生殖,过程十分复杂,雌性生殖器被称为果胞,精子在果胞前端延伸出的一个长长的受精丝上完成受精。由于红藻门对生长环境的要求不高,适应能力很强,因此分布范围很广,即便在营养浓度低、光照强度弱甚至温度非常低的地方也能存活。它们不仅能够在溪流、江河、湖泊和海洋中生存,还能够在潮湿的地方生长,从炎热的热带到寒冷的两极,从积雪皑皑的高山到潺潺流动的温泉,从潮湿的地面表层到比较深的土壤中,几乎都有红藻的生长痕迹。

第二节 甲藻门、紫菜和轮藻门

甲藻门植物属于单细胞植物,这类植物的细胞壁大多含有纤维素,而且非常厚,看起来与古代战士穿的铠甲相似,因此被称为“甲藻”。但并非所有甲藻类都有细胞壁,没有细胞壁的甲藻类植物被称为“裸甲藻”。还有一些甲藻门植物,其细胞内含有特殊的甲藻液泡和剌丝胞。甲藻门植物属于杂色藻类,它的色素体不仅含有叶绿素和胡萝卜素,还含有几种叶黄素,如硅甲黄素、甲藻黄素、新甲藻黄素等,大部分细胞呈棕黄色或者黄绿色,也有一些呈粉红色或者蓝色。淀粉、脂肪等物质是甲藻门储存的主要养分。大部分甲藻门都有长短不同的两条鞭毛,常由许多小甲板按一定形式排列而成,但也有一些种类不具有小甲板。甲藻门的生存方式主要是腐生和寄生两种,繁殖方式多是细胞分裂或者产生游移的孢子,也有些是有性生殖,为同配或者异配,但这一类非常少见。

紫菜是我们日常生活中常常见到的藻类,作为一种食物,紫菜不仅味道鲜美,所含的蛋白质也高达29%至35%,还含有人体所需的碘、多种维生素以及无机盐等物质,能够预防因缺碘而引起的甲状腺肿大,还能够降低胆固醇,因此被广泛食用。尽管紫菜与其他海藻相比种类比较少(现在仅发现了70多种),但它的分布范围非常广,地球上大部分地方都可以看到它的身影,不过紫菜主要分布的地区还是集中在中纬度温带地区。因为人们对紫菜的需求量很大,自然生长的数量跟不上,所以现在人食用的紫菜,主要还是由人工养殖。

紫菜的外形不复杂,由圆盘状的固着器、叶柄和叶片三个部分组成。其中,圆盘状的固着器把植物体固定在基质上;叶柄是紫菜叶片和固着器之间的过渡带;叶片是由几层细胞构成的膜状体,它们的体长由于种类的不同而有所不同,有的种类只有几厘米,而有的种类长达好几米。种类不同的紫菜有着不同的颜色,有紫红色、蓝绿色、棕红色、棕绿色等多种颜色,以紫色最为常见,紫菜也因此得名。之所以有这么多颜色,是因为紫菜中不仅含有叶绿素、胡萝卜素、叶黄素,还含有藻红蛋白、藻蓝蛋白等色素,当这些色素含量的比例不等时,紫菜就呈现出各种各样的颜色。

地球上的轮藻门植物仅有300多种,它们与其他藻类不同,主要生长在淡水环境中,如稻田、沼泽、池塘、湖泊等地。水质方面,轮藻门更喜欢生长在钙质丰富的硬水以及透明度较高的水体中,也有少数种类生长在半咸水中。轮藻门无论是在细胞结构,还是通过光合作用储存营养的方式方面,都与绿藻门非常相似,只是轮藻门的藻体更大,而且是直立状态。轮藻门的生长方式和大多数高等植物类似,它的中轴部分,也就是茎部,在生长过程中逐渐分化为节与节间,然后在每个节上生长出小枝和侧枝。尽管看上去似乎有些复杂,但依然改变不了轮藻门是单核细胞这一事实。植物轮藻门的生殖方式主要有两种:其一是有性生殖,其二是营养生殖,不过它的生殖器官比其他藻类的生殖器官更加发达,具有藏精器和藏卵器的功能,都生长在小枝上,因此当精子和卵子结合在一起合成合子后,就发育成新的个体。当然,假如轮藻门的藻体被折断,在它折断的部位就会生长出“假根”,然后慢慢地长成新的植物体。

第三节 绿藻门

绿藻门是藻类植物中的一个大类,数量和种类都很多,目前已经发现的就有一万多种。绿藻植物的外表一般来说都是草绿色的,内部结构有单细胞、群体细胞和多细胞之分,外形上则多呈丝状、片状和管状。绿藻门植物的细胞壁主要是纤维素,分为两层,内层主要由纤维素组成,外层主要是果胶质,而且呈黏液状态。它的细胞内部含有真正的细胞核,包含着核膜和核仁。绿藻门色素体的形状、数目视种类的不同而各异,所含色素成分与高等植物相似。

绿藻细胞中含有叶绿体,形状多种多样,多呈杯状、环带状、螺旋状和星状、网状等。绿藻的叶绿体中含有与高等植物细胞内含有的相同的光合色素,不过绿藻进行光合作用的产物是淀粉,主要储存在蛋白核的周围。由于绿藻的这些特征与高等植物相似,所以也有植物学家认为绿藻门类植物是高等植物的起源。绿藻门植物的繁殖方式有三种,分别是细胞分裂、形成各种类型的游动和不动孢子以及有性生殖。同时,绿藻门植物的形态差异非常大,并且进化程度各不相同,从单细胞到多细胞,从简单植物到复杂植物,几乎包含了藻类进化历程的每一个阶段。

刚毛藻、团藻和鞘毛等科都是绿藻门植物的种类,刚毛藻既可以生长在海洋里,也可以生长在淡水中。刚毛藻的细胞壁非常厚,而且具有很强的韧性,所以它们是很好的造纸原料。除此之外,它的细胞中含有大量纤维素,因此能够制造各种纤维素食品。刚毛藻是分枝的丝状体,在年幼时会生出固着器,也就是假根;但等到年老后,它会与基质脱离,成为漂浮自由的个体。

团藻是介于动物和植物之间的生物,在动物界中属于原生动物门,在植物界中则属于绿藻门团藻目团藻属。团藻的细胞数目众多,有时可高达上万个,它们大多生长在富含有机质的淡水中。就像动物界的某些昆虫一样,团藻的细胞是有分工的,由于大部分团藻细胞都失去了生殖功能,因此一些细胞专门担负起了生殖工作,团藻中若是出现两代、三代甚至五代同堂的情况,也是很常见的。此外,团藻是集群植物,每个团藻由1000至50000个衣藻形细胞呈单层在球体表面排列。团藻的藻体呈球形,直径约5毫米,外面包裹着一层薄薄的胶质层。团藻还有吸收放射性物质的能力,所以可以用来净化水质。

鞘毛藻科在绿藻门中属于淡水绿藻,我们可以在许多淡水中看到它的踪影。鞘毛藻是一种丝状体,由单列细胞构成。一些种类的丝状体形成了二分叉的分枝,并分化为匍匐和直立的两部分;也有一些都是匍匐状的,但丝状体之间表现出分离状态,或者紧密地排列在侧部,构成了圆盘状或者假薄壁组织状的植物体。不过,所有种类都是从细胞内部长出来的一根细长的刚毛,刚毛的基部是鞘,“鞘毛藻”这个名字也由此而来。鞘毛藻的生殖方式是有性生殖中的卵式生殖。

第四节 褐藻门

褐藻门植物的进化程度是藻类植物中比较高的,它的细胞内含有叶绿素、胡萝卜素、墨角藻黄素、叶黄素等物质。藻体颜色因所含色素的比例不同,而呈现出不同的颜色,以黄褐色或者深褐色为主。褐藻门植物储存的养分主要是海带多糖(又叫褐藻淀粉)和甘露醇,这两种物质经常被用作工业原料,其中,褐藻胶在纺织、造纸、橡胶、医药、食品等各个方面都有着广泛的用途。

褐藻门的植物体外形多样,如丝状、叶状、树枝状等,大小也有着很大的差别,长度从仅几百微米到长达几十米不等。尽管它们长短不同,但都是多细胞,不存在单细胞或群体。褐藻门植物的繁殖方式主要为营养繁殖、无性生殖和有性生殖三种。

褐藻门植物最常见的是裙带菜和海带。

裙带菜是我们在日常生活中常常见到的,它属于温带性海藻,能够承受比较高的温度,是一种经济海藻。由于形状类似于古代女子的裙带而得名“裙带菜”。裙带菜的孢子体呈黄褐色,由固着器、叶柄和叶片三个部分组成,这样的结构与海带相似,而且它的生活史也与海带的生活史相似,同样是世代交替,只是海带孢子体的生长时间更长一些。裙带菜中含有多种营养成分,除了含有人体所必需的矿物质外,还含有蛋白质、脂肪、糖类和多种维生素等物质,而且它的蛋白质含量要远远高于海带。此外,还能从裙带菜中提取核藻酸。

海带是核藻体植物中个体比较大、营养价值比较高,并且在生活中有着广泛应用的一个种类。海带表面光滑,自然环境中生长的海带长度是2至3米,而人工养殖的能够长到5至8米。海带的藻体呈褐色,形状为长带状,由固着器、柄部和叶片三个部分组成,其固着器呈假根状,柄部粗短,是圆柱形的,上部比下部宽大,连接着长带状的叶片(日常生活中所食用的部分),叶片中央有两条相互平行的浅沟,中间是中带部,厚2至5毫米,中带部的两端比较薄,而且带有褶皱。海带的营养价值和食用价值都非常高,从中提取出来的碘和褐藻酸被广泛应用于医药、食品、化工等多个方面。海带的含碘量非常高,碘是人体必需的元素之一,尽管所占比例很小,但起着重要作用。人体如果缺乏碘元素,会出现甲状腺肿大,只要多吃一些海带就能预防这种疾病的发生。同时,海带还有预防动脉硬化、降低人体中胆固醇和脂肪含量的功效。