蓝藻

别名:蓝绿藻、蓝绿色细菌、蓝色细菌、黏菌藻

分类:藻类

科和属:蓝藻门，蓝藻门，植物界门

花期:

蓝绿藻，又称蓝绿藻，是一种大型单细胞原核生物，具有悠久的进化历史，革兰氏阴性染色，无鞭毛，含有叶绿素a，但无叶绿体(藻类不同于真核生物)，并能进行产氧光合作用。

与光合细菌不同的是，光合细菌(Rhodospirillum)进行相对原始的光合磷酸化，反应过程不释放氧气，是厌氧的，而蓝藻可以进行光合作用，释放氧气。它的发展使整个地球的大气从厌氧状态发展到好氧状态，从而孕育了所有好氧生物的进化和发展。迄今为止，已有120多种蓝藻具有固氮能力，尤其是与鱼腥藻共生的水生蕨类满江红，是一种很好的绿肥。然而，一些蓝藻在受到氮、磷等元素污染后，引起海水“赤潮”和湖泊“水华”的富营养化，给渔业和水产养殖业带来严重危害。

此外，还有一些水生物种，如微囊藻，能产生能诱发人类肝癌的毒素。蓝藻广泛分布于自然界，包括各种水体、土壤和一些生物体内外。它们甚至可以在岩石表面和其他恶劣环境(高温、低温、盐湖、沙漠和冰原等)中找到。)，并被称为“先锋生物”。它们在岩石风化、土壤形成和水生态平衡中发挥重要作用。此外，蓝细菌还具有一定的经济价值，包括许多可食用的物种，如普通地木耳蓝细菌(即葛仙米，俗称地木耳、地木耳)、盘状钝顶螺旋藻和斯马西玛螺旋藻等。目前，后两者已发展成为具有一定经济价值的“螺旋藻”产品。

蓝藻的形态特征蓝藻没有叶绿体、线粒体、高尔基体、中心体、内质网、液泡等细胞器。唯一的细胞器是核糖体。它含有叶绿素a，不含叶绿素b，几种叶黄素和胡萝卜素，以及藻胆蛋白(藻红蛋白、藻蓝蛋白和其他藻蓝蛋白的通称)。

光合作用系统包括叶绿素a和光系统ii。水被用作电子供体，氧气被释放，而其他光合细菌通常使用H2、H2S和s作为电子供体，不产生氧气。

一般来说，含有大量叶绿素a和藻蓝蛋白的细胞大多是蓝绿色的。类似地，也有一些种类含有更多的藻红蛋白，并且藻红蛋白大部分是红色的。例如，一种产于红海的蓝绿藻，叫做红毛藻，因其含有大量的藻红蛋白而得名，其藻红蛋白呈红色，繁殖迅速。尽管蓝细菌没有叶绿体，但在电子显微镜下可以看到细胞质中有许多光合薄片，称为类囊体，上面附着着各种光合色素。它是一种含有色素的膜状结构，大大增加了细胞的膜面积。这种结构的主要功能是进行光合作用。

蓝藻细胞壁的化学成分与细菌细胞壁相似，主要成分是肽聚糖(由糖和多肽形成的化合物)；储存的光合产物主要是蓝藻淀粉和蓝藻颗粒。细胞壁分为内层和外层，内层是纤维素，少数人认为它是果胶和半纤维素。外层是胶状鞘，主要是水果胶状，或含有少量纤维素。细胞质部分有许多同心的环状膜层，称为类囊体，位于光合色素和电子转移链的位置。

在光学显微镜下，蓝细菌的中心比周围的原生质层更亮。它是遗传物质DNA的位置，相当于细菌的核区域，被称为中心体或中心体。“中心体”通常不位于中心，与周围的细胞质没有明显的边界。蓝细菌的DNA几乎是裸露的，复制可以连续进行。平均DNA含量高于高等动物细胞。

当蓝细菌细胞分裂时，一个新的横向隔壁在细胞中间向内生长，将中心体和原生质分成两半。通常，两个亚细胞在一个共同的胶体鞘下保持在一起，并连续分裂形成丝状、层状和其他多细胞群体。此外，蓝细菌也可以通过萌芽、分裂和再分裂来繁殖。

内壁可继续向外分泌胶体并增加到橡胶套中。一些种类的橡胶护套是牢固和紧密混合的，并且可能有垫层。一些种类的橡胶鞘容易水合，并且相邻细胞的橡胶鞘可以相互溶解和相容。非光合色素如棕色、红色和灰色可以在橡胶皮中找到。蓝细菌有单细胞、菌落和丝状藻类。最简单的是单细胞生物。一些单细胞体成为群体，因为子细胞在细胞分裂后嵌入凝胶化的母细胞壁。如果重复分裂，细胞群中的细胞可以是众多的，而更大的细胞群可以分成几个更小的细胞群。由于附着，一些单细胞生物在底部和顶部有极性分化。细丝是由细胞根据相同的分裂平面和子细胞的连接处重复分裂而形成的。一些细丝上的细胞是相同的，一些细丝具有异形细胞的分化。一些丝状体有假枝或真枝，一些丝状体的顶端细胞逐渐缩小成毛状体，这也称为极性分化。细丝也可以聚集在一起，包裹在一个共同的胶质鞘中，这是一组多细胞个体。

蓝藻广泛分布于世界各地，但大多数(约75%)是淡水，少数是海洋。有些蓝藻能在60 ~ 85℃的温泉中生存。有些物种与细菌、苔藓、蕨类和裸子植物共存。有些还能渗入钙质岩石或贝壳(如钙质藻类)或深层土壤(如土壤蓝细菌)。

蓝藻繁殖有两种类型。一种是营养繁殖，包括几种方法，如直接细胞分裂(即分裂)、种群破裂和丝状藻类定殖片段的产生。另一个是一些蓝细菌可以产生内孢子或外孢子进行无性繁殖。孢子没有鞭毛。到2018年，还没有发现蓝藻真正的有性繁殖。

蓝藻的功能和用途蓝藻是最早的光合释氧生物，在将地球表面从无氧环境转变为有氧环境中发挥了巨大作用。许多蓝藻(如鱼腥藻)可以直接固定大气中的氮(原因:固氮酶可以直接用于生物固氮)，以提高土壤肥力和作物产量。还有供人们食用的蓝藻，如著名的发菜和普通念珠藻、螺旋藻等。

根据加州大学戴维斯分校物理学家、化学家组织网络的一份报告，已经对蓝细菌进行了基因工程改造，以生产丁二醇，这是一种用于制造燃料和塑料的前体化学品，也是生产替代化石燃料的生化材料的第一步。相关论文发表在2013年1月7日出版的《国家科学院学报》上。

加州大学戴维斯分校的化学首席作者和副教授阿祖米·翔太说:“大多数化学原料来自石油和天然气，我们需要其他资源。”美国能源部已经设定了一个目标，到2025年，由生物过程产生的工业化学品的四分之一。

生物反应都形成碳碳键。二氧化碳被用作原料，阳光被用来提供能量进行反应。这就是光合。蓝细菌已经以这种方式在地球上生活了30多亿年。利用蓝藻生产化学物质有许多优点，例如不与人类争夺食物，克服利用玉米生产乙醇的缺点。然而，使用蓝细菌作为化学原料也存在一个问题，即产量太低而不容易转化。

研究小组利用在线数据库发现了几种酶，它们可以精确地进行他们寻找的化学反应。他们引入了能够将这些酶合成蓝绿藻细胞的脱氧核糖核酸(脱氧核糖核酸)，然后逐步构建了一个“三步”反应路径，使蓝绿藻能够将二氧化碳转化为2，3-丁二醇，这是一种用于制造油漆、溶剂、塑料和燃料的化学物质。

翔太阿祖米说，因为这些酶在不同的生物体中可能有不同的作用。在实验测试之前，不可能预测化学路径的运行。经过三周的生长，每升蓝细菌培养基可生产2.4克2，3-丁二醇，这是迄今为止用于化学生产的蓝细菌的最高产量，具有很大的商业开发潜力。

翔太安住淳的实验室正与日本化学制造商朝日化学公司合作，希望继续优化系统，进一步提高产量，在其他产品上进行实验，并探索扩大技术规模的方法。