[科普中國]-硅藻細胞

硅藻細胞是單細胞生物硅藻的細胞。硅藻是一類最重要的浮游生物，分布極其廣泛。在世界大洋中，只要有水的地方，一般都有硅藻的蹤跡，尤其是在溫帶和熱帶海區(qū)。

基本信息硅藻種類多、數(shù)量大，因而被稱為海洋的"草原"。硅藻是一類具有色素體的單細胞植物，常由幾個或很多細胞個體連結成各式各樣的群體。硅藻的形態(tài)多種多樣。1

分類硅藻門（Bacillariophyta）有16000多種，可分為2綱：中心硅藻綱（Centricae）圓形，輻射對稱，殼面上的花紋自中央一點向四周呈輻射狀排列，海產(chǎn)多。羽紋硅藻綱（Pennatae）長形或舟形，花紋排列成兩側對稱，表面有線紋、肋紋、縱裂縫（殼縫），殼面中央呈加厚狀，稱中央節(jié)，在兩端稱端節(jié).

主要特征植物體單細胞或連接成絲狀體。細胞壁是由2個套合的半片組成，稱半片為瓣。硅藻的半片稱上殼（epitheca）（在外）、下殼(hypotheca)（在內(nèi)），上下殼均有一凸起的面稱殼面（valve）。側面或殼邊是兩個瓣套合的地方，環(huán)繞1周稱環(huán)帶（girdleband）。上殼和下殼都是有果膠質(zhì)和硅質(zhì)組成的，沒有纖維素。載色體1至多數(shù)，小盤狀、片狀。色素主要有葉綠素a、c，β-胡蘿卜素、α-胡蘿卜素和葉黃素。葉黃素類中主要含有墨角藻黃素，其次是硅藻黃素（diatoxanthin）和硅甲黃素（diadinoxanthin）。藻體呈橙黃色、黃褐色。同化產(chǎn)物為金藻昆布糖和油。細胞核1個。營養(yǎng)體無鞭毛。精子具鞭毛，為茸鞭型。2

繁殖硅藻以細胞分裂其為主。細胞分裂時，原生質(zhì)膨脹，使上下兩殼略為分離。細胞核進行有絲分裂，載色體、蛋白核等細胞器也隨著分裂。原生質(zhì)體也一分為二，其中一個位于母細胞的上殼之內(nèi)，另一個位于母細胞的下殼，然后兩殼分開成為上殼，各再生另一個新的半殼為下殼，這樣形成的兩個新硅藻中，一個與母體大小相等，而另一個則較母體為小。如此連續(xù)分裂下去，多數(shù)個體將越來越小。這種體積的縮小不是無限的，縮小到一定大小時，以產(chǎn)生復大孢子（auxospore）的方式恢復其大小。

形成復大孢子的方式主要有3種：①將接合的兩個硅藻，借運動或分泌膠質(zhì)而相互接近，然后兩細胞內(nèi)的核各進行減數(shù)分裂，原生質(zhì)體亦分成兩半，形成兩個配子，各有兩個核，其中一個后來消失，由不同細胞產(chǎn)生的配子脫離母細胞壁后，則相互接合形成兩個接合子，接合子與母體垂直方向延長成兩復大孢子，如披針橋彎藻[Cymbellalanceolata(Ehr.)V.H.]。②接合的兩個細胞各產(chǎn)生一個配子，而配子接合后只產(chǎn)生一個復大孢子，如扁卵形藻[Cocconeisplacentulavar.klinoraphisGeitler]。③無配子生殖，兩細胞接近后，包在膠質(zhì)內(nèi)，不經(jīng)過接合，各自形成一個復大孢子，如線卵形藻[Cocconeisplacentulavar.lineata(Ehr.)Cleve]。2

代表植物小環(huán)藻屬（Cyllotella）屬中心硅藻綱圓篩藻目。植物體單細胞，有些種以殼面互相連接成帶狀群體。細胞圓盤形或彭形。殼面圓形，少數(shù)種橢圓形，邊緣部有輻射狀排列的線紋和孔紋，中央平滑或具顆粒。帶面平滑沒有間生帶。載色體多個，小盤狀。以細胞分裂進行繁殖，每個細胞產(chǎn)生一個復大孢子。

羽紋硅藻屬(Pinnularia)屬于羽紋硅藻綱雙殼縫目。植物體單細胞或連接成絲狀群體，殼面線狀、橢圓形至披針形，兩側平行，極少數(shù)種兩側中部膨大、或成對稱的波狀。殼面兩側具橫的平行的肋紋，中軸區(qū)寬。色素體兩塊，片狀，常各具1蛋白核。
常見的硅藻還有圓篩藻屬（Coscinodiscus）、舟形藻屬(Navicula)等。

它們靠光合作用將海水中的無機物合成自身需要的有機物。硅藻色素包括葉綠素a、c1、c2、以及胡蘿卜素。它們能吸收太陽光的能量，將細胞中的水分解，使水分子上的一個氫原子分離出來，一部分有利的氫原子和二氧化碳化合經(jīng)過復雜的化學變化后就產(chǎn)生了糖和淀粉，這就是光合作用。這些物質(zhì)再和細胞吸收的氮、磷、硫等物質(zhì)進一步作用，氧就形成了蛋白質(zhì)和脂肪等物質(zhì)。游離出的部分氫原子每兩個和一個氧原子結合形成了水，氧分子中的另一個氧原子就從細胞里跑出來溶解到水里或者跑到大氣里去了。地球上有70%的氧氣是浮游植物釋放出來的，浮游生物每年制造的氧氣就有360億噸，占地球大氣氧含量的70%以上。由于硅藻數(shù)量又占浮游生物數(shù)量的60%以上，這樣可以推算，假設現(xiàn)在地球上沒有硅藻了，不用3年，地球上的氧氣就耗干了。動物和我們?nèi)祟愐簿投紱]法呼吸了。

硅藻是魚、貝、蝦類特別是其幼體的主要餌料，它與其他植物一起，構成海洋的初級生產(chǎn)力。硅藻還是形成海底生物性沉積物的重要組成部分。經(jīng)過漫長的年代，那些在海底沉積下來的以硅藻為主要成分的沉積層，逐漸形成了經(jīng)濟價值極高的硅藻土。硅藻土不但含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，而且還能完好地保存動植物的遺體，在古生物學研究領域具有重要意義。

硅藻是一類種類繁多的低等植物，約11000多種。在海洋中硅藻的種類最多，淡水和潮濕的土壤也不少。據(jù)估測每一立方厘米土壤中有羽紋藻約1億個。硅藻種間個體差異大，小者3.5微米，大者300-600微米。硅藻的身體雖然只有一個細胞，可這一個細胞卻非常有趣。它既不象動物細胞一樣沒有細胞壁，也與植物細胞的細胞壁大不相同。硅藻的細胞壁由大量的硅質(zhì)組成，分為上下兩部分組成，上面的蓋叫上殼，下面的底叫下殼，上殼套住下殼，并且上下殼面上紋飾圖案非常精美。如同透明的水晶箱，或者好比一間精致的玻璃小屋。從十六世紀顯微鏡下發(fā)現(xiàn)的這些頗具魅力的小生物后，科學家們耗費了許多的筆工來描繪這些絢麗的玻璃殼。

硅藻死后，它們堅固多孔的外殼—細胞壁也不會分解，而會沉于水底，經(jīng)過億萬年的積累和地質(zhì)變遷成為硅藻土。硅藻士可被開采，在工業(yè)上用途很廣?？芍圃旃I(yè)用的過濾劑、隔熱及隔音材料等等。我國山東山旺地區(qū)就出產(chǎn)大量的硅藻土。游泳池的主人將老化的硅藻殼拿來過濾水里的污染物質(zhì)。諾貝爾獎的創(chuàng)始人alfrednobel發(fā)現(xiàn)將不穩(wěn)定的硝化甘油放入硅藻所產(chǎn)生的硅土后可以穩(wěn)定的成為可攜帶的炸藥。1

硅藻價值喬治亞技術研究所的研究人員正在開發(fā)一項用基因工程改造偽矮海鏈藻的技術，希望用其來創(chuàng)造一種新的硅結構。通過用基因復制的技術來研究硅藻構建復雜硅質(zhì)細胞的過程，研究者最終的目的是要找到一項在實驗室中制造納米材料的技術。

硅藻是一種水生的單細胞生物，它的細胞壁上有大量的氣孔，使其兼具小質(zhì)量和堅固的結構。像雪花一樣，硅藻的細胞壁有多種形態(tài)?！拔覀兿Ｍ拦柙宓募毎谑窃鯓赢a(chǎn)生的，因為人類的技術還不能制造這種在自然環(huán)境下自組織而成的復雜物質(zhì)?！边@個項目的負責人這樣表示。

研究者假設這種結構的多樣性源自一種特殊的silaffin蛋白質(zhì)，它存在于硅藻的硅產(chǎn)生組織中。通過基因技術來復制硅藻的silaffin，研究者不僅可了解了硅藻的細胞生化結構，還可能應用這些組織來生產(chǎn)商用的化合物和材料。

硅藻、海綿等生物體能夠利用自身中的某些蛋白質(zhì)和多聚糖在水相、中性ph和室溫等溫和反應條件下介導生成具有精確可控形態(tài)結構、生物相容性好的生物材料——生物硅膠。許多研究者從硅藻等這些生物體得到啟發(fā)，利用不同的天然的或人工合成的大分子在不同的反應環(huán)境和體系下介導不同類型的硅前體仿生合成了許多不同形態(tài)、尺寸大小的硅膠。2

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

郭亮 - 副教授 - 中國海洋大學