海洋生物学课件3

海洋细菌在海洋生态中的作用海洋氮循环海洋氮循环的基本途径与陆地相仿,但至今尚未在海洋中发现根瘤菌。固氮菌可以从海洋中分离到，硝化细菌多集中分布于海洋沉积物中。在海水中，硝酸盐的含量随着靠近海底沉积物的距离而逐渐增加，因此硝化作用在大陆架和近岸海域较为明显，海洋中的硝酸盐主要是通过这一途径产生。反硝化作用在有机物来源丰富、溶解氧浓度低的内湾和河口海域较为强烈，反硝化细菌在一定条件下影响海洋中可利用状态的氮。硝化作用蛋白质氨基酸尿素反硝化作用NH4+氨化作用同化性硝酸还原作用NO3-→NH4+→有机态氮N2许多海洋植物，细菌、放线菌和霉菌能利用硝酸盐做为氮素营养。生物固氮：据70年代中期的统计全球生物圈每年生物固氮达1.7108吨，其中草原3.5107吨，林地4.0108吨，海洋3.6108吨，其它土壤0.6108吨。根瘤菌属每年可为每公顷土地固氮达250Kg。硝化作用（nitrification）•定义：土壤或水体中的氨态氮经化能自养菌的氧化而成为硝酸态氮的过程。•过程：（1）由亚硝化细菌参与，铵→亚硝酸；（2）由硝化细菌参与，亚硝酸→硝酸。•意义：是自然界氮素循环中不可缺少的一环，硝化细菌利用硝化作用产生的能量将二氧化碳和水转变成有机物的。反硝化作用定义：由硝酸盐还原成NO2–并进一步还原成N2的过程（广义）。狭义的反硝化作用仅指由亚硝酸还原成N2的过程。大部分反硝化细菌是异养菌，例如脱氮小球菌、反硝化假单胞菌等，它们以有机物为氮源和能源，进行无氧呼吸，其生化过程可用下式表示：C6H12O6+12NO3-→6H2O+6CO2+12NO2-+能量CH3COOH+8NO3-→6H2O+10CO2+4N2+8OH-+能量少数反硝化细菌为自养菌，如脱氮硫杆菌，它们氧化硫或硝酸盐获得能量，同化二氧化碳，以硝酸盐为呼吸作用的最终电子受体。5S+6KNO3+2H2O→3N2+K2SO4+4KHSO4菌种：少数异养和化能自养菌。如：Pseudomonasaeruginosa（铜绿假单胞菌）、Ps.stutzeri（施氏假单胞菌）、Thiobacillusdenitrificans（脱氮硫杆菌）以及Spirillum（螺菌属）和Moraxella（莫拉氏菌属）等。氨化作用（ammonnification）定义：含氮有机物经微生物的分解产生氨的作用。含氮有机物的种类：蛋白质、尿素、尿酸、几丁质等。许多好氧和一些厌氧菌都有强烈的氨化作用能力。分解蛋白质的微生物种类：Proteusvulgaris（普通变形杆菌），Bacillusmegaterium（巨大芽孢杆菌），Clostridiumputrificum（腐败梭菌）。分解尿素的细菌：Sporosarcinaureae（脲芽孢八叠球菌）和Bacilluspasteurii（巴氏芽孢杆菌）。分解几丁质的细菌：Bacteriumchitinophilum（嗜几丁杆菌）等。意义：含氮有机物必须经过微生物降解才能被植物利用。产生的氨，一部分供微生物或植物同化，一部分被转变成硝酸盐。海洋硫循环还原作用在海洋硫循环中的作用中，某些异养细菌分解含硫蛋白类物质时产生硫化氢；光能营养菌氧化作用还原作用分解作用同化作用硫细菌在生长过程中能利用溶解的硫的化合物，从中获得能量，且能把硫化氢氧化为硫，并再将硫氧化为硫酸盐的细菌。从名称上看，它包括了硫氧化菌和硫酸盐还原菌，但通常仅指硫氧化菌(sulphur-oxidisingbacteria)。能氧化硫化合物的细菌。按其取得能量的途径可分为光能营养菌和化能营养菌两种。光合细菌(简称PSB)是地球上出现最早、自然界中普遍存在、具有原始光能合成体系的原核生物，是在厌氧条件下进行不放氧光合作用的细菌的总称，是一类没有形成芽孢能力的革兰氏阴性菌，因具有细菌叶绿素和类胡萝卜素等光合色素，而呈现一定颜色。光合细菌不氧化水生成氧气，而以其它物质（如硫化氢、硫或氢气）作为电子供体。不产氧光合细菌包括紫硫细菌、紫非硫细菌、绿硫细菌、绿非硫细菌和太阳杆菌等。CO2+H2S=(CH2O)n+H2不产氧光合作用：硫酸盐还原菌硫酸盐还原菌是一类厌氧异养性细菌，无法利用氧气，虽然氧气不会令它们死亡，却会抑制它们生长。硫酸盐还原菌可以夺取硫酸盐（SO42－）中的氧原子，并利用它们进行一系列与需氧呼吸作用非常类似的呼吸作用，从而将有机物氧化而产生能量。硫酸盐呼吸作用已经成为地球上最平常的生物无氧呼吸过程。常见硫酸盐还原菌如脱硫孤菌属等。SO42-＋2（CH2O）＋2H+→H2S＋2CO2＋2H2O＋能量C6H12O6+6O2----6H2O+6CO2+能量有氧呼吸：海洋浮游生物海洋浮游生物(plankton)缺乏发达的运动器官，游泳能力微弱。悬浮在水层中常随水流移动的海洋生物。按营养方式分为浮游植物（phytoplanton)和浮游动物(zooplanton)。按体形可分为大型浮游生物，小型浮游生物，微型浮游生物和超微型浮游生物。按生活史可分为永久性（终身）浮游生物，阶段性（半）浮游生物和暂时性浮游生物。永久性浮游生物(Holoplankton),终生在水中浮游,大多数浮游生物属于此类;阶段性浮游生物(Meroplankton),其幼体营浮游生活，成体则营底栖生活或游泳生活；暂时性浮游生物(Tychoplankton),指一类非浮游生物仅因环境变化、生殖等原因，有时营短期的浮游生活，如一些底栖的介形类、糠虾类。浮游植物浮游植物（phytoplankton）是一个生态学概念，是指在水中营浮游生活的微小植物，通常浮游植物就是指浮游藻类，主要包括蓝藻门Cyanophyta、硅藻门Bacillariophyta、金藻门Chrysophyta、黄藻门Xanthophyta、甲藻门Pyrrophyta、隐藻门Cryptophyta、裸藻门Euglenophyta和绿藻门Chlorophyta，此外还包括原核生物的一些细菌种类。生活在水中的植物称为水生植物，包括从低等的细菌、藻类到高等的种子植物。浮游植物在水体中是鱼类和其他经济动物的直接或间接的饵料基础，是水域初级生产者，又是水体中重要的生物环境，也是水中溶解氧的主要来源。在决定水域生产性能上具有重要意义，与渔业生产有十分密切的关系。藻类概述藻类植物整个藻体都能吸收营养制造有机物质，不需要高等植物那样花相当多的能量消耗在支持器官上。藻类植物体形态多样，许多种类要用显微镜或电镜才能观察清楚。形态结构、繁殖方法也简单。通常以细胞分裂为主，当环境条件适宜、营养物质丰富时，藻体个体数的增长非常快速。藻类分布十分广泛，各种水域中均有。有些种类在小水体和浅水湖泊中常大量繁殖，使水体呈现色彩，这一现象称为“水华”(waterbloom)。有些种类在海水中大量繁殖，形成“赤潮”（redtide）。主要特征藻类是低等植物，分布甚广，绝大多数生活于水中，大小不一，小的肉眼看不见,只有几微米(如小球藻Chlorella3~5µm),大的长达60米(如海洋中的巨藻Macrocystisphrifera）；没有真正的根、茎、叶的分化。藻类植物体通常可以看做是简单的叶，故又称叶状体植物。藻类具有叶绿素，整个藻体都有吸收营养，进行光合作用的能力，因此一般均能自养生活。藻类的生殖单位是单细胞的孢子或合子。简单说来藻类是无胚而具叶绿素的自养叶状体孢子植物。形态构造藻类藻体形态多种多样，有单细胞体、群体、多细胞体。单细胞体种类大多营浮游生活，为小型或微型藻类。藻体常为球形、椭球形、圆柱形、纺锤形、纤维形、新月形等。群体类型的种类常呈球状、片状、丝状、树枝状或不规则团块状。丝状体又可分为由单列细胞组成的不分枝丝状体和呈有分枝的异丝性丝状体。分枝以侧面相互愈合而成盘状假薄壁组织。藻体的形态以及群体中的细胞数目、排列方式、细胞的相互关系都是分类的重要依据。总之，藻类细胞具有趋同性，球形或近似球形，是有利于浮游生活的适应。藻体细胞结构都可分化为细胞壁和原生质体两部分。后者包括细胞质和细胞核，原生质内有色素或色素体、蛋白核、同化产物等。色素（pigment）和色素体（chromoplast）据藻类的生物化学分析，各大门类几乎各具特殊的色素。色素成分的组成极为复杂，可分为4大类，即叶绿素（chlorophyll）、胡萝卜素（carotene）、叶黄素（lutein）和藻胆素（phycobelin）。各门藻类因所含色素不同，因此藻体呈现的颜色也不同，如绿藻门为鲜绿色、金藻门呈金黄色、蓝藻门多为蓝绿色等。叶绿素有a、b、c、d、e5种类型，所有的藻类均含有叶绿素a(C65H72O5N4Mg,mv=893)。叶绿素b(C65H70O4N4Mg,mv=907)则仅存在于绿藻、裸藻和轮藻，这几门藻类的叶绿素组成与高等植物的相同，植物体呈绿色。叶绿素c存在于甲藻、隐藻、黄藻、金藻、硅藻和褐藻门，而红藻有叶绿素d、红藻红素和红藻蓝素。胡萝卜素中最常见的是β-胡萝卜素，存在各门藻类中。藻胆素只在蓝藻、红藻及隐藻中发现。因此可以说藻类所共有的色素为叶绿素a和β-胡萝卜素。除蓝藻和原绿藻外，色素均位于色素体内。色素体是藻类光合作用的场所，形态多样，有杯状、盘状、星状、片状、板状和螺旋带状等。色素体位于细胞中心（称轴生）或位于周边，靠近周质或细胞壁（称周生）。•除蓝藻和红藻外，藻类生殖时期产生的动孢子和配子，都具鞭毛。金藻门、裸藻门、甲藻门的绝大多数以及黄藻门和绿藻门中一部分种类，其营养时期的细胞也具鞭毛，能运动。鞭毛的数目、长短、着生位置，运动形式等各门有所不同。鞭毛有着生细胞顶部两侧或细胞前端口沟或凹穴处，或着生于侧面的凹穴处等等。鞭毛伸展方向，有向前方的，有一条向前另一条横向伸展的；有一条居于腰部的沟内，另一条向后方伸展的等。•在有鞭毛能运动的藻体常具有眼点、伸缩泡、胞口、胞咽等胞器。眼点桔红色，球形、椭球形，多位于细胞前端侧面，具有感光作用。藻类的繁殖方式可分为3种：营养繁殖（vegetativereproduction）无性繁殖(asexualpropagation)有性繁殖(sexualpropagation)生殖是指由母体增生新个体的能力，也可称为繁殖。营养繁殖：不经过任何生殖细胞（配子或者孢子）而进行的繁殖方式。养料充足、温度适合环境中进行。常见的方式：细胞分裂：单细胞藻类群体破碎：群体藻丝体断裂：丝状体无性（孢子）繁殖通过产生不同类型的孢子来进行繁殖。产生孢子的母细胞叫孢子囊，孢子不需要结合，一个孢子可长成为一个新的植物体。孢子是在细胞内形成的，这与细胞分裂不同，先是核的分裂，随后为细胞质的分裂。核分裂的次数，各门藻类大体上是一定的，细胞质的分裂，有的是在细胞核都分裂完毕后才发生，有的是随着核的每次分裂而分割。这样分裂的结果，在一个母细胞内形成2的倍数的小细胞，即是孢子。孢子离开母细胞后即成新个体。孢子类型：动（游泳）孢子zoospore；不动（静）孢子aplanospore；似亲孢子autospore；休眠孢子hypnospore；厚壁（垣）孢子akinete；内生孢子endospore；外生孢子exospore等1.动孢子(Zoospore)又称游泳孢子。动孢子细胞裸露，有鞭毛，能运动。2.不动孢子(aplanospores)又称静孢子。孢子有细胞壁，无鞭毛，不能运动。不动孢子在形态构造上和母细胞相似的称为似亲孢子(autospore)。3.厚壁孢子(akinetes)又称原膜孢子或厚垣孢子。有些藻类在生活环境不良时，营养细胞的细胞壁直接增厚，成为厚壁孢子；有些种类则在细胞内另生被膜，形成休眠孢子(hypnospore)。它们都要经过一段时间的休眠，到了生活条件适宜时，再行繁殖。厚壁孢子有性繁殖通过生殖细胞（配子）的结合形成合子，合子萌发（经减数分裂）形成新的植物体，或由合子产生孢子，再由孢子萌发成新个体。配子形成合子，有四种类型：同配生殖；配子的形态和机能相同，没有性分化不明显。异配生殖；一种是生理的异配生殖，参加结合的配