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硅藻門
來源:互聯網

硅藻門(Diatomeae,或Bacillariophyta),是一類微小的單細胞真核生物,統稱硅藻,在《中國生物物種名錄》2023版中,硅藻門歸屬于色素界。硅藻的物種多樣性較高,截止2023年,根據AlageBase網站的統計,已知硅藻的種類名稱詞條約1.7萬種,但其中有很多為基原異名和無效命名,被公認種類僅一萬種左右。硅藻分布較廣,幾乎所有水體,如海洋、河口半咸水、江河等水體中都有硅藻的存在。

硅藻細胞壁主要是由上殼、下殼和環帶三部分組成,即由環帶將上下殼套有機連接成一個完整的殼體。硅藻色素體中主要含有葉綠素a、c及胡蘿卜素、硅甲藻素、巖藻黃素等,多呈黃綠或黃褐色,同化產物為金藻昆布糖和脂肪。其繁殖方式主要有細胞有絲分裂和產生復大孢子或有性生殖。硅藻為光合自養生物,依賴光和溫度進行光合作用以快速生長。硅藻還存在與動物相類似的尿素循環,這種循環使硅藻能有效地利用碳和氮。

硅藻是光合藻類,幾乎遍布全球,其中海洋硅藻光合作用每年固定的碳與所有陸地雨林的總量相當,是地球二氧化碳循環的重要組成部分,在生物地球化學循環中有至關重要的意義。硅藻占水生生物量的很大一部分,是重要的初級生產力,也是海洋食物網的重要組成部分。此外,硅藻在二氧化硅循環中也起著重要的作用,作為最主要的生物硅生產者,直接或間接地參與了除硅輸入之外的其他4個分支循環系統。

硅藻除了具有生態價值以外,還具有工業價值和研究價值,如硅藻常被用來作石油勘探、地層劃分和對比、古湖沼學的重建以及古地理、古氣候方面以及納米技術和基因工程方面的研究。硅藻在商業應用中也有很大的價值,包括水產養殖業,生物活性物質,生物柴油等。然而,有些種類的硅藻,如骨條藻、角毛藻等還是引發赤潮的原因種,有些還是有毒有害赤潮種類。

歷史演化

由于硅藻壁中存有硅質,硅蘗的化石得以保存完好。研究表明最早的硅藻出現在白堊紀,在上白堊紀和第三紀時發展最盛,大量海相硅藻土沉積就來源于白堊紀時期。經歷漫長的歷史進化后,硅藻仍停留在單細胞及單細胞連接成的群體階段,硅藻創造了其他藻類中完全找不到的細胞形式,但也因為這一細胞形態,限制了硅藻的繼續進化發展。

根據硅藻所含的色素,推測其與金藻、褐藻綱的親緣關系較為密切,它們的載色體都含有葉綠素、葉綠素和墨角藻黃素。但硅藻特殊的細胞結構及運動方式又與金藻門、褐藻門有很大區別。從細胞壁的構造上,認為硅藻門與黃藻相近,它們都是由兩個半片套合組成的,但兩者營養體的倍性又完全不同,硅藻為二倍體,是具葉綠素、葉綠素的類群中較特殊的一類。硅藻營養體沒有鞭毛,但某些種類配子具鞭毛,如中心藻綱直鏈藻屬(Melosira)出現有鞭毛的雄配子。又如根管藻屬(Rhizosolenia)和菱形藻屬(Nitzschia)的細胞分裂時出現伸縮泡、胞口、胞咽等鞭毛藻類所具有的結構,因而設想硅藻可能是從含有葉綠素、葉綠素的具鞭毛藻類發展而來的。

分類

分類歷史

世界分類史

在18世紀中期,人們開始對硅藻有了初步的認識。貝克(Baker)在其著作《Employment for the Microscope》中描述了兩種“動物”,這些被后來認定為硅藻。然而,直到18世紀后半期,人們才開始使用拉丁文對硅藻進行正式命名和描述。1791年,格梅林(Gmelin)創立了Bacillaria(棍形藻屬)這一屬名,這是第一個正式確立的硅藻屬。進入19世紀,硅藻分類研究迎來了快速發展時期。特別是在1825至1896年間,全球范圍內共報道了近500個硅藻新種。然而,由于一些硅藻具有單細胞生活且具備運動能力,這導致關于“硅藻是什么”的問題在19世紀仍備受爭議。在1844年,庫津(Kützing)在其專著指出,無論是否具有運動能力,單細胞或是群體,都應將硅藻定為植物。

1872年,美國硅藻學者漢彌爾頓·史密斯(Hamilton L. Smith)發表了一個分類系統,這一系統被多數學者廣泛采納。史密斯根據無殼縫、具擬殼縫和有殼縫的特征,將硅藻分為三大類和十五小類,為硅藻的分類研究奠定了重要基礎。到了1896年,法國硅藻學工作者范·赫爾克(H. Van Heurck)進一步將硅藻作為一個科進行分類,他將其分為三個亞科,但大類仍然沿用了漢彌爾頓·史密斯的分類方法。隨著研究的深入,卡斯滕(Karsten)在1928年將硅藻作為門,門內僅設一個綱,綱下則分為兩個目。1930年,胡斯特德特(Hustedt)將硅藻門的硅藻綱細分為羽紋目(Pennales)和中心目(Centrales)。在羽紋目下,他進一步劃分了無殼縫亞目(Arphidineae)、擬殼縫亞目(Raphidioidineae)和單殼縫亞目(Monoraphidineae)等。這一分類系統受到了后人的廣泛接受,并在后續的硅藻研究中發揮了重要作用。

隨著顯微觀察技術的不斷進步,科爾貝(Kolbe)在1943年首次利用透射電子顯微鏡(TEM)觀察了硅藻的形態特征。1972年,哈斯勒(Hasle)等通過掃描電子顯微鏡(sem)發現了硅藻的新結構——唇形突,隨后結合新的結構對一些種類進行了分類地位的調整。進入上世紀90年代,朗德(Round)等學者于1990年對硅藻進行了系統的分類,將所有硅藻類群劃分為287個屬。他們結合SEM和TEM的觀察結果,詳細論述了分屬的依據,這一分類系統至今仍被主流硅藻研究者廣泛接受。2004年,梅德林(Medlin)和卡茨馬斯卡(Kaczmarska)基于109種硅藻的18S和16S核糖體RNAs基因序列研究,對硅藻的分類系統進行了修訂,并對硅系統的演化進行了重建。他們將硅藻門分為兩個新的進化分枝,即圓篩藻亞門和硅藻亞門,分別包括1綱圓篩藻綱和2個綱中型硅藻綱和硅藻綱。進入21世紀后,硅藻分類研究繼續取得新的進展。克拉默(Krammer)和科西奧萊克(Kociolek)等學者相繼報道了許多新的硅藻屬和種。盡管維管植物和一些原植體植物的分類研究已經進入分子和基因時代,但目前硅藻分類研究的主流仍然是基于形態學特征來進行。

中國分類史

中國硅藻分類的研究起步較晚。俄羅斯硅藻研究者斯克沃爾佐夫(Skvortzov)是第一位報道中國淡水硅藻的學者,根據相關統計斯克沃爾佐夫(Skvortzov)發表了五十多篇與硅藻研究有關的論文。20世紀30年代中期至50年代,以王志稼等人為主要代表,中國的藻類研究逐漸深入,但對于硅藻的專門研究尚未開展。新中國成立之后,湖泊和海洋調查逐步開展,給硅藻的分類研究提供了機會。1961至1976年,中國科學院首次對西藏地區的硅藻進行研究調查,此項研究中發現了44屬906個硅藻分類單位,其中新種26個,中國新紀錄259個,這也是中國首次比較全面和系統的區系硅藻分類研究,研究結果于2000年發表在《中國西藏硅藻》。中國的硅藻分類研究由金德祥教授于1978年發起,他將硅藻分為2綱9目,即中心綱和羽紋綱,與Hustedt分類系統基本保持一致。20世紀90年代,中科院在全國范圍內進行了三次較大范圍的藻類生物資源調查,相關研究者先后出版了《中國淡水藻志》系列專著。胡鴻鈞等在2006年發表的《中國淡水藻類——系統、分類及生態》也遵循了同樣的分類標準。而在《中國生物物種名錄》2023版中,硅藻門歸屬于色素界。

分類爭議

硅藻分類系統經歷了較長的歷程,直至現在也尚存在有爭議的不同的分類系統。截止2023年,硅藻通常被視為一個門或者一個綱,而硅藻的拉丁名和下級分類也存在了修訂和調整。目前較為常用的分類依據是克拉默(Krammer)和蘭格-貝爾塔洛特(Lange-Bertalot)所建立的硅藻區系和朗德(Round)等以掃描電鏡研究結果為主要依據的硅藻分類著作。克拉默和蘭格-貝爾塔洛特,提出將硅藻分成1綱2目4亞目,即硅藻綱(Class Bacillariophyceae),下設中心目(Order Centrales)和羽紋目(Order Pennales)。Round等將硅藻分為三大綱:圓篩藻綱(Coscinodiscophyceae)、脆桿藻綱(Fragilariophyceae)和硅藻綱(Bacillariophyceae)。

下屬分類

國際分類

鑒于截止至2024年,硅藻也尚存在有爭議的不同的分類系統,因此此處呈現常用的克拉默(Krammer)和蘭格-貝爾塔洛特(Lange-Bertalot)所建立的以歐洲硅藻為主體的區系。

硅藻綱(Bacillariophyceae)

1.中心目(Order Centrales)

圓篩藻亞目(Coscinodiscineae)

根管藻亞目(Rhizosoleniineae)

2.羽紋目(Order Pennales)

無殼縫亞目(Araphidineae)

具殼縫亞目(Raphidineae)

中國分類

根據《中國生物物種名錄》2023版數據,硅藻的具體分類如下:

硅藻門(Diatomeae)

1.中心綱(Class Centricae)

盒形硅藻目(Order Biddulphiales)

盤狀硅藻目(Order Discoidales)

管狀硅藻目(Order Rhizosoleniales)

舟輻硅藻目(Order Rutilariales)

2.羽紋綱(Class Pennatae)

曲殼藻目(Order Achnanthales)

等片藻目(Order Diatomales)

短縫藻目(Order Eunotiales)

舟形藻目(Order 舟形藻屬les)

褐指藻目(Order Phaeodactylales)

雙菱藻目(Order Surirellales)

形態構造

體型

藻體為單細胞,或以細胞分泌的膠質將細胞連成絲狀、帶狀、星狀、放射狀等群體。細胞形態多種多樣,有圓形、橢圓形、多角形、紡錘形、“”形、新月形、楔形、棒形、弓形等。

細胞壁

硅藻具有高度硅質化的細胞壁,其構造成分內層為果膠質(pectin),外層為硅質(),使硅藻細胞壁成為堅硬的殼體。殼體由上、下兩個半殼套合而成,像一個盒子。套在外面的較大的稱為“上殼”,被套在里面的較小的稱為“下殼”。每一個殼又由殼面、殼衣(殼套)和殼環三部分組成。殼面即硅藻細胞壁的頂面和底面,分別稱作上殼面(蓋板)和下殼面(底板),殼面平或呈凹凸狀,輻射對稱或兩側對稱;殼衣(殼套)是殼面邊緣略有傾斜的部分;殼環是與殼衣(殼套)相毗連,和殼面垂直的部分,上、下殼的殼環在自然套合的情況下總稱連接帶。有些硅藻在殼面和連接帶之間還有附加的連接帶,稱為間生帶,呈鱗片狀或環狀等。有些硅藻細胞壁上產生向細胞腔內延伸的板狀突,稱為隔片。間生帶和隔片都具有增強細胞壁的作用。

硅藻細胞壁的殼面上具有排列規則的花紋,最常見的是由細胞壁上的許多小孔緊密或較稀疏地排列而成的線紋或點紋;有些種類在殼面內壁的兩側長有狹長橫列的管狀通道,形成“”形的粗花紋,稱為“肋紋”;有些種類在殼面邊緣有縱走的凸起,稱為“彩云閣”。

花紋

花紋在硅藻細胞的殼面上,有排列細致而規則的各種花紋。較常見的花紋是由細胞壁上的許多小孔緊密或較稀疏排列而成的線紋。有的種類在殼面內壁的兩側長有狹長橫裂的小室,形成呈“”字形的粗花紋,稱為“肋紋”。有的種類在殼的邊緣有縱走的凸起,稱為“龍骨”。殼面花紋的排列基本上為輻射排列與羽狀排列二種類型。

殼縫

羽紋硅藻綱的多數種類,于殼面中部或偏于一側,有1條縱向的無紋平滑區,稱為“中軸區”。沿中軸區中部或偏于一側有一條縱向的裂縫與細胞內部相通,稱為殼縫。殼縫一般呈直線形或“”形、“”形。

有的種類沒有殼縫,僅有較窄的中軸區,稱為假殼縫,有的種類的殼縫是一條縱走的或圍繞殼緣的管溝,以極狹的裂縫與外界相通,稱為管殼縫。管殼縫位于殼面邊緣的龍骨凸起(稱龍骨突)內,管溝的內壁具有數量不等的小孔與細胞內部相通,這些小孔稱為“龍骨點”。殼縫與硅藻的運動有關,具殼縫和管殼縫的種類能運動,沒有殼縫和具假殼縫的種類則不能運動。

結節

在殼面中軸區中部,橫線紋較短,形成面積稍大的“中心區”,中心區中部由于殼內壁增厚而形成中央結節。如殼內壁不增厚,僅具圓形或橢圓形或橫矩形的無紋區,稱為假中央結節。殼縫兩端內壁各有一增厚部分,稱為極(端)結節。

硅藻細胞的3個軸和3個面

3個軸分別是縱軸、橫軸和貫殼軸。縱軸為殼面縱向的中軸線,又稱頂軸、長軸;橫軸為殼面橫向的中軸線,又稱切頂軸、短軸;貫殼軸為上下殼中心點相連線,又稱殼環軸。這3個軸形成3個面,即殼面、長軸帶面與短軸帶面。在殼面為圓形的中心硅藻類,縱軸和橫軸相等。

色素和色素體

硅藻色素體中主要含有葉綠素、及胡蘿卜素、硅甲藻素、巖藻黃素等,多呈黃綠或黃褐色。色素體一般貼近殼面,其形狀及數目因種類不同而異。一般是圓篩藻綱的色素體多為小盤狀,數量較多;羽紋硅藻綱的色素體多為大形的片狀和星狀,1個或2個,也有為多數小盤狀的。

特征

生態特征

硅藻種類很多,分布較廣。幾乎所有水體,如海洋、河口半咸水、江河、湖泊、水庫、池塘甚至其他藻類難以繁殖的水體中都有硅藻的存在。在陸地上,凡是潮濕的地方,無論是土壤、墻壁、巖石及樹皮上,以及在苔蘚植物間都能生長,但主要分布在水域中。它們中的一些屬、種只生活在淡水中;另一些屬、種只能生活在海水中。即使是一些屬所包含的物種既有海生的亦有在淡水中生活的,但是通常其中有一定的種絕對限于海洋,而另外有一定的種絕對限于淡水。在水體中,它們呈浮游狀態或著生在其他物體上,著生種類常具膠質柄或包被在膠質團或膠質管中。

淡水藻類多生長在硬度較大的水中,密度有時會很大。條件適宜時一些營養豐富的水體會爆發硅藻水華。硅藻一年四季都能形成優勢種群,一般在春秋兩季大量繁殖。某些硅藻種類在水溫高達60℃的溫泉水中也可以正常生長繁殖。常見的硅藻水華優勢種有直鏈藻、小環藻、冠盤藻、針桿藻和脆桿藻等。

生物學特征

硅藻為光合自養生物,依賴光和溫度進行光合作用以快速生長。硅藻還存在與動物相類似的尿素循環,這種循環使硅藻能有效地利用碳和氮。尿素循環代謝產物是硅藻細胞碳循環和氮循環的關鍵,其代謝產物,對促進硅藻從營養缺乏狀態中復蘇并進行指數性增長十分重要和關鍵。

繁殖方式

硅藻的繁殖主要有細胞有絲分裂和產生復大孢子或有性生殖。

細胞有絲分裂

細胞分裂時,原生質略膨大,璧的兩半稍為分開,細胞核分裂成兩個子核,載色體也隨著分裂,分居細胞的一邊。原生質體也沿著與瓣面平行的方向分裂為二,一個子原生質體位于母細胞上殼,另一個子原生質體位于母細胞的下殼。每個子原生質體各自再立即分泌出另一半細胞壁,新分泌出的另一半細胞壁,始終是作為子細胞的下殼。如此細胞每分裂一次,結果總是一個子細胞的體積和母細胞等大,一個子細胞必較母細胞更小。按照這樣分裂下去,結果多數子細胞體積逐漸減小,當縮小到一定程度時,便產生復大孢子(auxospore)將細胞體積恢復到該種細胞的正常大小。硅藻核分裂是在核內進行,紡錘體兩端附著在核膜上,隨著細胞及細胞核的伸長,染色體紡錘絲把染色體分別牽引向兩端,分別形成子細胞核。

復大孢子

復大孢子的產生為原生質體脫離兩瓣,長大分泌新壁,成為復大孢子。復大孢子分裂產生大型的個體。在羽紋硅藻綱中,復大孢子由有性生殖產生。兩個配偶的細胞接近,細胞核行減數分裂,兩原生質體逸出即是配子,配子融合成合子合子長大成復大孢子。有時原生質體只分裂一次成兩個配子,兩細胞產生的4個配子結合成兩個復大孢子。

有性生殖

通過異配、同配、卵配或自體受精卵等有性結合過程形成1個或2個合子。

常見種類

硅藻門中常見的有直鏈藻屬、根管藻屬橋彎藻屬等。

直鏈藻屬

截止2024年,直鏈藻屬(食蟲類:Melosira)公認有36個物種,多為浮游生物。該屬細胞圓柱形,絕少數圓盤形、橢圓形或球形;殼面圓形,很少數為橢圓形,平或突起,有或無紋飾,有的帶面常有1條線形的環狀縊縮,稱為“環溝”,環溝間平滑,其余部分平滑或具飾紋,有2條環溝時,兩條環溝間的部分稱為“頸部”;細胞間有溝狀的縊入部,稱為“假環溝”,殼面常有棘或刺;色素體小圓盤狀。

直鏈藻種類在淡水、半威水和海水中均有分布,半咸水為主,河口區域最為常見。主要以淡水,早春、晚秋數量較多。在“水溫”適宜的條件下,水體中可利用的“磷”含量增加,有助于直鏈藻“生長”,藻鏈長度增加,這也使直鏈藻加速沉降至“沉積物"表層,促進了水體中營養鹽的清除,可以減緩高生產力“湖泊”中營養鹽再生利用的效率。

根管藻屬

截止2024年,根管藻屬(學名:Rhizosolenia)公認有65個物種,該屬細胞直,扁圓柱形,或稍彎,常相連成長鏈,連接靠殼面的一個突起,或一個小刺,進入相連的細胞內。也有單獨生活的。常見的面為殼環面,殼環面上的次級相連帶(或稱間板)呈鱗狀或環狀。突起或小刺的形態,也是重要的特征。色素體多,小盤狀。大多浮游,海產,淡水產的很少,如距端根管藻。本屬有休眠孢子,復大孢子和小孢子。

橋彎藻屬

橋彎藻屬(學名:Cymbella),該屬細胞單獨生活,或以膠質柄附著在他物上,或在膠質管中生活。殼面縱軸兩側不對稱,呈半月形、偏舟形或近舟形。殼縫偏向腹側,直或弧狀彎曲。具有明顯的中軸區和中心區。點條紋通常放射狀排列,點紋較為明顯。有些種類,在中節向腹一側,有特殊的眼紋狀點紋。本屬是典型的淡水種類,但也有少數出現在半咸水中。

雙菱藻屬

截止2024年,雙菱藻屬(學名:Surirella)公認有33個物種,該屬藻體殼面線形、橢圓形或卵形,平直或呈螺旋狀扭曲。殼面之兩側邊緣具龍骨,龍骨上具管殼縫,管殼縫內壁具龍骨點。殼面有長或短的橫肋紋,于肋紋間有纖細的橫線紋。帶面呈長形或楔形。色素體片狀,1個。該屬藻體常見,但出現量不大,常零星出現于各類水體中。

舟形藻屬

截止2024年,舟形藻屬(學名:Navicula)公認有408個物種,該屬細胞三軸皆對稱,單獨生活,也有以膠質營、膠質塊形成群體的。殼面多為舟形,也有橢圓形、菱形、棍棒形和長方形等。具殼縫、結節和由點組成的點條紋。每個細胞有載色體2~4個。該屬生活在熱帶寒帶的海水、半咸水和淡水中,也很普遍地發現于化石里。在潮間帶的經濟貝類以及魚類的消化道里都能大量找到。對于海水養殖業,作為人工培養餌料方面具有重要作用。

功用價值

工業價值

硅藻的尸體沉積成為硅藻土,含有83%二氧化硅(SiO2),為工業用途極廣的原料。由于硅藻土具有多孔性,容重小,其主要成分二氧化硅的化學穩定性好,耐熱性能好,使其大量用作保溫材料。硅藻土還有其他多種用途,如用作吸收劑、吸附劑、脫脂劑,過濾材料及水泥混合材料等。此外,硅藻可以小批量運輸并從痕量增殖到理想的數量,且處理既不需要昂貴的材料也不需要復雜的儀器,是優良有效的工業原料。

生態價值

二氧化硅循環

硅藻在二氧化硅循環中起著重要的作用。世界大洋硅的生物地球化學循環系統包括五大分支系統,分別是可溶硅的輸入、生物硅的生產、生物硅的埋藏、可溶硅的再循環和可溶硅的上涌。海洋硅藻作為最主要的生物硅生產者,直接或間接地參與了除硅輸入之外的其他4個分支循環系統。從循環通量值來看,作為內部硅循環系統的生物硅生產、可溶硅再循環和可溶硅上涌參與的通量明顯高于作為外部硅循環系統的可溶硅輸入和生物硅埋藏,是海洋硅循環系統中最活躍的部分。另外,表層水體中硅藻生產的生物硅雖然含量很高,但只有不足3%的生物硅埋藏到海底,大部分生物硅因海水和孔隙水中可溶硅的不飽和而溶解,參與硅的再循環和上涌。

生物碳循環

硅藻是光合藻類,幾乎遍布全球,是地球二氧化碳循環的重要組成部分,硅藻每年大約可以固定的二氧化碳量相當于全球總固定量的20%,其中海洋硅藻光合作用每年固定的碳與所有陸地雨林的總量相當,在生物地球化學循環中有至關重要的意義。硅藻在自身生長過程中利用光合作用不斷吸收海水中的CO2,將無機化合物碳轉換成顆粒態有機碳。每年海洋中硅藻的有機碳凈生產量比所有陸地熱帶雨林的有機碳凈生產量還多。這些有機碳的大部分在微生物的作用下轉化成無機態CO2,并在海洋中可以快速循環,少量有機碳可以快速沉降到海底,最終埋藏到海底沉積物中。單細胞硅藻體內生物化學機制的運行中最基本的代謝過程是在一系列酶的作用下,通過磷酸烯醇丙酮酸、草酰乙酸和丙酸的相互轉化。在單細胞內對CO2完成了收集、濃縮和轉運等一系列過程,在葉綠體周圍釋放的CO2同核酮糖-1,5-二磷酸發生反應生成3-PGA,可以有效降低光呼吸作用的反應強度,增加Rubisco的固碳效率。有些硅藻種類還涉及到了DL-蘋果酸β-氨基酸天門冬氨酸等中間代謝物的相互轉化。

天然餌料

硅藻是海洋浮游植物的主要組分,是海洋初級生產力的主要貢獻者,也是海洋食物網的重要組成部分。硅藻細胞內富含多種營養物,合成多種不飽和脂肪酸,是很多魚類、貝類、蝦類、鳥類和水生浮游動物的食物來源。因此,硅藻被認為是天然餌料的主要組成部分。在中國沿海貝類的飼養中,硅藻是首選餌料。在人工養殖經濟生物時,硅藻常被大量培養作為養殖生物幼體時期的餌料。

研究價值

在水生生物生態學研究中,從20世紀早期開始直到現在長期被視為重要的生物指示類群用來監測水質和評價水環境。由于硅藻細胞壁在地層中能夠保存,常被用來作石油勘探、地層劃分和對比、古湖沼學的重建以及古地理、古氣候方面的研究。此外,硅藻由于其外殼由多孔生物礦化硅組成,有著高度有序的層次結構,被認為是活著的“納米結構工廠”,是納米技術的理想材料。因此,學者們對硅藻納米材料的研究已經進入各個領域,如染料敏化太陽能電池元件、生物傳感器、藥物運輸載體、合成金屬納米粒子、電發光元件等。硅藻蛋白也因其獨特的力學、光學、光激發性能和好的生物相容性而成為生物醫藥材料、納米能源材料和環境功能材料等新興科技材料。

其他用途

硅藻在商業應用中也有很大的價值,包括水產養殖業,生物活性物質,生物柴油等。如生物柴油是清潔的可再生能源,是優質的石油柴油代用品,但生物柴油產業受原料供給和成本的制約。而硅藻富含油(占細胞干重40%-60%),且短鏈脂肪酸(C14和C16)占細胞中總脂肪酸的67%-70%左右。其中,三角褐指藻細胞壁含硅較少,利于破碎,可作為優良的生物柴油生產原料。

危害

硅藻門中的有些種類,如骨條藻(Skeletonema)、角毛藻(角毛藻屬)、海鏈藻(Thalassiosira)、擬菱形藻(Pseudo-nitzschia)的種類還是引發赤潮的原因種,有些還是有毒有害赤潮種類。例如擬菱形藻會形成軟骨藻酸,人類和動物如果誤食了被毒素污染的魚類、貝類會出現急性中毒反應,嚴重者甚至死亡。此外,一些營附著生活的種類如曲殼藻、針桿藻、楔形藻等在紫菜采苗時,常大量附著在網線上,阻礙紫菜孢子的附著和小芽的生長,會影響紫菜生長。

相關研究

有學者通過反復實驗驗證了硅藻的物理化學性質,利用動物對其溶血性、凝血性、細胞毒性、在體內體外的止血效果構建出血模型,以開發出不同的止血材料。證實了硅藻生物二氧化硅在止血方面的有效性,通過鼠尾截肢實驗發現,硅藻的凝血時間遠短于紗布的凝血時間。也有學者對硅藻的止血效果進行了研究,通過強酸洗滌純化硅藻獲得純凈外殼,其研究結果表明,硅藻具有優良的止血效果和良好的生物相容性及較低的細胞毒性。

此外,一些學者通過建立硅藻UPA條形碼基因的實時熒光定量PCR檢測方法,證實了基于硅藻UPA基因設計通用引物,建立的qPCR硅藻檢驗法應用于溺死診斷具有較好的應用前景。

參考資料 >

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梁君榮教授團隊揭示海洋硅藻休眠細胞形成的新機制.廈門大學生命科學學院官網.2024-03-01

海洋硅藻存在與動物類似尿素循環 可使硅藻更有效地利用碳和氮.中國科學院.2024-03-01

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Surirella .World Register of Marine species.2024-03-20

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