[科普中國]-硅藻細(xì)胞

硅藻細(xì)胞是單細(xì)胞生物硅藻的細(xì)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(xì)胞植物，常由幾個或很多細(xì)胞個體連結(jié)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(diǎn)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(cè)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(xì)胞或連接成絲狀體。細(xì)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(cè)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(xì)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(xì)胞分裂其為主。細(xì)胞分裂時，原生質(zhì)膨脹，使上下兩殼略為分離。細(xì)胞核進(jìn)行有絲分裂，載色體、蛋白核等細(xì)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(xì)胞的上殼之內(nèi)，另一個位于母細(xì)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(fù)大孢子（auxospore）的方式恢復(fù)其大小。

形成復(fù)大孢子的方式主要有3種：①將接合的兩個硅藻，借運(yùn)動或分泌膠質(zhì)而相互接近，然后兩細(xì)胞內(nèi)的核各進(jìn)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(xì)胞產(chǎn)生的配子脫離母細(xì)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(fù)大孢子，如披針橋彎藻[Cymbellalanceolata(Ehr.)V.H.]。②接合的兩個細(xì)胞各產(chǎn)生一個配子，而配子接合后只產(chǎn)生一個復(fù)大孢子，如扁卵形藻[Cocconeisplacentulavar.klinoraphisGeitler]。③無配子生殖，兩細(xì)胞接近后，包在膠質(zhì)內(nèi)，不經(jīng)過接合，各自形成一個復(fù)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(xì)胞，有些種以殼面互相連接成帶狀群體。細(xì)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(xì)胞分裂進(jìn)行繁殖，每個細(xì)胞產(chǎn)生一個復(fù)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(xì)胞或連接成絲狀群體，殼面線狀、橢圓形至披針形，兩側(cè)平行，極少數(shù)種兩側(cè)中部膨大、或成對稱的波狀。殼面兩側(cè)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(jī)物合成自身需要的有機(jī)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(xì)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(fù)雜的化學(xué)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(xì)胞吸收的氮、磷、硫等物質(zhì)進(jìn)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(jié)合形成了水，氧分子中的另一個氧原子就從細(xì)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(shè)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(gòu)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(jì)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(xué)研究領(lǐng)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(xì)胞，可這一個細(xì)胞卻非常有趣。它既不象動物細(xì)胞一樣沒有細(xì)胞壁，也與植物細(xì)胞的細(xì)胞壁大不相同。硅藻的細(xì)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(jì)顯微鏡下發(fā)現(xiàn)的這些頗具魅力的小生物后，科學(xué)家們耗費(fèi)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(xì)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(shù)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(shù)，希望用其來創(chuàng)造一種新的硅結(jié)構(gòu)。通過用基因復(fù)制的技術(shù)來研究硅藻構(gòu)建復(fù)雜硅質(zhì)細(xì)胞的過程，研究者最終的目的是要找到一項在實(shí)驗(yàn)室中制造納米材料的技術(shù)。

硅藻是一種水生的單細(xì)胞生物，它的細(xì)胞壁上有大量的氣孔，使其兼具小質(zhì)量和堅固的結(jié)構(gòu)。像雪花一樣，硅藻的細(xì)胞壁有多種形態(tài)。“我們希望知道硅藻的細(xì)胞壁是怎樣產(chǎn)生的，因?yàn)槿祟惖募夹g(shù)還不能制造這種在自然環(huán)境下自組織而成的復(fù)雜物質(zhì)。”這個項目的負(fù)責(zé)人這樣表示。

研究者假設(shè)這種結(jié)構(gòu)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(shù)來復(fù)制硅藻的silaffin，研究者不僅可了解了硅藻的細(xì)胞生化結(jié)構(gòu)，還可能應(yīng)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(yīng)條件下介導(dǎo)生成具有精確可控形態(tài)結(jié)構(gòu)、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(yīng)環(huán)境和體系下介導(dǎo)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(xiàn)者為:

郭亮 - 副教授 - 中國海洋大學(xué)