海洋藻类的认识

生命绿洲_海之福荫美

第二章　藻类植物面面观

海藻作为一种重要的海洋植物，无论从自身特点还是从对海洋生态平衡的维护甚至对整个人类的贡献来说，都有着其不可小觑的独特地位。当我们惊讶于它的神奇时，更能从中体会到关于藻类植物的无尽趣味。

第一节　认识海洋中的藻类植物

初识海洋藻类植物

海藻形体

藻类是一类含有叶绿素，能进行光合作用，营自养生活，以简单的孢子或合子进行繁殖，没有真正的根、茎、叶分化的无维管植物。它广泛分布于具光线的水域或潮湿的地区，绝大部分种类生活在占地球71%的海洋中，成为海洋藻类植物。通常人们将个体微小的单细胞海洋藻类称为海洋微藻，而把个体较大的多细胞海洋藻类称为大型海藻。

泛滥的海藻

1.形态构造

（1）形态。藻类细胞的形态有球形、椭圆形、圆盘形、卵圆形、多角形、三角形、圆桶形、纤维形、棒形和弓形等等。

（2）细胞壁。除裸藻、隐藻、少数甲藻、金藻的生殖细胞原生质裸露，无细胞壁外，其余各类藻类原生质体外均有细胞壁。细胞壁的化学成分和结构，各门类间不尽相同。例如，绿藻门的细胞壁主要成分为纤维素和果胶质；硅藻细胞壁主要成分为氧化硅，并由上下两个半片套合而成；大型的藻类，如红藻、褐藻细胞壁的主要成分是纤维素和藻胶。

藻类细胞在长期演化过程中，分化形成各种细胞器，执行着各种不同的机能，又共同完成整个生命过程。

（3）细胞核。除蓝藻门无细胞核外，其余各门藻类的细胞大多具有1个细胞核，少数种类具有多个细胞核。细胞核具核膜，内含核仁和染色质，这种细胞核叫真核。具有真核的藻类属于真核生物。

（4）色素、色素体。藻类细胞含有的色素，按其成分可归纳为叶绿素、胡萝卜素、叶黄素和藻胆素四大类。各门藻类所含色素的成分和比例不同，但所有藻类都具有叶绿素a。除蓝藻、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。由于各门藻类的色素成分和比例不同，因而其色素体呈现不同的颜色。色素体形态多种，有杯状、盘状、星状、螺旋状、片状和板状等。色素体位于细胞的中心，或位于细胞周边，靠近细胞壁；前者为轴生，后者为周生。

海藻中有丰富的蛋白

（5）蛋白核。蛋白核通常由蛋白质核心和淀粉鞘组成。蛋白核通常与淀粉形成有关，故又叫造粉核。绿藻类色素体上大多具有1个或多个蛋白核。

（6）贮存物质。各门藻类由于光合作用色素的成分、比例不同，光合作用同化产物也不尽相同。例如，绿藻和轮藻的贮存物质为淀粉；裸藻为副淀粉(裸藻淀粉)；硅藻的贮存物质为脂肪；金藻为白糖素。

（7）鞭毛、伸缩泡和眼点。鞭毛是藻类的运动胞器。除蓝藻门和红藻门外，其余各门藻类均为营养细胞和生殖细胞，都具鞭毛或仅生殖细胞具鞭毛。具鞭毛的藻类能自由游动。鞭毛的数目、长短和着生位置等，在各门类中是不同的。例如，绿藻门常具有2条顶生、等长的鞭毛；甲藻门具2条鞭毛，生于细胞前端或腹面。具鞭毛、能运动的藻类，常具有1个橘红色、球形或椭圆形的眼点。眼点多位于细胞前端侧面，具有感光作用。

绿色的轮藻

你知道吗

眼点和感光点的关系

原生动物中特别是鞭毛虫类，常见的眼点是红色的小点，呈球状、卵状，杆状等形状，位于虫体前端，含脂色素或血色素。由于有感光性所以称为眼点，可是，眼虫真正的感光部是在鞭毛基部的小点，称为感光点。眼点能阻挡光线到达感光点，所以眼点又有色素盾之称。依靠色素盾和感光点产生方向视眼的机能。腰鞭毛虫，红糠虾含有淀粉或副淀粉性质的晶体。

2.生活史

生活史是指某种生物在整个发育阶段中，由一个或几个同形或不同形的个体前后相连续形成的一个有规律的循环。藻类的生活史有4种类型：

（1）生活史中仅有营养繁殖，没有有性生殖和减数分裂，蓝藻和某些单细胞藻类属于这种类型。

（2）生活史中只有一个单倍体的藻类，行无性生殖或有性生殖，或仅有1种生殖方式。在有性生殖过程中，减数分裂发生在合子形成后和新植物体产生之前，例如衣藻、团藻和丝藻等。

（3）生活史中除了产生单倍体的配子外，其余的均为双倍体的藻类，只行有性生殖，在配子囊中发生减数分裂产生配子，如绿藻门管藻目的一些种类、硅藻门和褐藻门鹿角藻目的种类。

衣藻的结构模型

（4）生活史中有世代交替现象，即生活史中有2个或3个植物体(如真红藻纲)，单倍体的植物体行有性生殖，合子萌发时不经过减数分裂，产生双倍体的植物体，此植物体行无性繁殖，经减数分裂产生孢子，由孢子长出单倍体的植物体。从孢 子开始一直到产生配子，这一段时期都是单倍体，总称有性世代。从合子到孢子体是无性世代的植物体。从合子一直到减数分裂之前这段时期都是双倍体，总称为无性世代。孢子体为无性世代的植物体。

海藻在海洋中的重要性

海藻虽然是海洋植物的主要组成，但也受到海洋自然环境的严格限制，它们生存的空间仅占整个海洋空间的极小部分(水深200米以内的水层中)，但它们光合作用产生的能量，不仅启动了海洋生态系统；而且海藻自身的生理活动、新陈代谢和与环境之间的物质交换，对其周围环境也能产生重大影响。

据不完全统计，海洋总初级生产力可达51.0Gt，而全世界海洋底栖植物的平均产量仅为海洋浮游植物的2%～5%。因此，海洋浮游植物被誉为“海洋牧草”。海藻光合作用所产生的有机物质，通过食物链(网)直接或间接地被不同大小等级的海洋动物所利用，从而保持了海洋生态系统的正常、持续运转。

绿色的海洋植物

海藻在全球二氧化碳循环过程中起调节和泵的作用，海藻光合作用吸收海水中的二氧化碳不仅直接影响海水中二氧化碳通量的变化，还能影响到全球的气候。如果海藻吸收二氧化碳的能力下降，海洋动 物呼吸排出的大量二氧化碳就会使海水中的含量饱和而进入大气，大气中因二氧化碳量的增高而使大气温度升高，大气温度升高从而导致极地融冰，大海水平面升高，潮间带向陆地推进，直接影响全球海洋海岸带的生物多样性，海拔不高的岛屿就有可能被淹没。一些海岛国家，如马尔代夫由1190个小岛组成，仅高出海面2米；图瓦卢是由9个环礁组成的国家，岛屿的最高点仅高出海面0.8米。这些岛屿即使不被淹没，生态系统也将被严重破坏。极地融冰会改变海水盐度，导致原有生物群落的改变，而使原有的海洋生态系统失去平衡，从而危及全球气候，给人类带来灾难。当今全球气候有变暖的趋势，海藻在全球二氧化碳循环过程中所起的调节和泵的作用尤其重要。

马尔代夫正面临海平面上涨的直接威胁

海藻光合作用不仅对全球二氧化碳循环具有重要作用，光合作用过程中所释放出的氧气对海洋动物、需氧细菌等的生存也是至关重要的。

海藻的生命活动能直接影响海水的性质，如海水透明度和海水的颜色。通过海藻的吸收和同化海水中的溶解有机物质，加速了海水的自净能力。

清澈的海水

浮游植物突然暴发性繁殖发生赤潮，会给海洋水产养殖业带来严重危害；而浮游植物生产力下降会严重影响渔业资源，同样会给海洋渔业经济带来严重危害。

你知道吗

什么是“赤潮”

“赤潮”是某些藻类(主要是一些单细胞硅藻和甲藻)、原生动物、细菌，在局部海域海水富营养化、光照强度适宜的环境下，发生爆发性繁殖，使水体中这一类生物的个体骤增，或受风、海流等的环境因素的影响而聚集，引起水体变色的一种生态异常现象。赤潮的发生消耗了海水中大量的营养物质，是对海水富营养化的一种自然反应，是海洋生态系统在海水富营养化状态下自我调节、平衡的必然。但是，赤潮发生的同时，赤潮区域内的动物会受到由赤潮带来的赤潮毒素的毒害、滋生有害微生物的侵害、水体内缺氧等的影响，出现短期的灾害性环境，导致大量动物的死亡。赤潮给海洋水产养殖业造成严重的直接经济损失，而超容量的水面养殖却又是引发海水富营养化的原因之一。

爆发生长的海藻甚至占满了沙滩

海藻的生态学特性是与其周围的生活环境相适应的。海洋环境发生突然性的或长期积累而危及海藻生命的变化，会损害海藻的物种多样性进而破坏海藻的群落结构，从而降低或失去了海藻在对海水自净过程、生物地球化学过程中对有机和无机物质的转换、转运的贡献，最后导致生态系统失调。在河口、近海、海湾、近岸海域，由于人类活动而造成污染，在局部区域内，海水质量下降的现象时有发生，已经被全世界临海国家所重视。

海藻和海洋环境

生活在海洋中的藻类都有独自的生物学特性，只能在与之相适应的环境中生活，一旦生活环境剧烈变化，就会导致死亡。它们的生存、分布空间同样受到如海洋物理、化学环境、海底地质，以及海洋生物物种之间斗争等因素的限制。

海水温度是影响海藻生存的最重要的环境因子。因为每一种海藻对温度的适应都有特定的范围，即各有其所能忍受的最高、最低和最适温度及其生长、发育和繁殖阶段所要求的最低和最高温度。因此，它们被局限在不同的海洋温度带(热带、亚热带、温带和极地寒带)内。生活在不同海洋温度带内的海藻物种，具有与各温度带相适应的生态特性，可分为广温性、狭温性或暖水性、温水性、冷水性等生态类群。即使是在同一海域内生长的海藻，由于适温性能不同，随着全年海水水温的季节变化，海藻群落结构内会相应地出现种群交替。

海洋生态一角

水温的变化关系着海藻群落的交替

日光能(光强、光质)是海藻进行光合作用产生有机物的能源。光线进入海水后，光照强度随着水深的增加而呈指数下降，在清澈的海水中，水深25米处，大部分红光被吸收，其次是橙光、黄光和绿光。在清澈的大洋区，光线透射的深度可达200米，但这里仅有在波长495纳米附近的蓝光。在海水透明度低的海域内，海藻能生活的水层更浅。因为海藻与其他植物一样，得不到光能，不能进行光合作用是无法生存的。因此，光照强度决定了同一海区内海藻的垂直分布。由于不同门的海藻具有不同的色素成分，在潮间带定生生活的海藻中，具有与陆生高等植物相似的色素成分的绿藻类，它们主要分布在中潮间带，而红藻和褐藻则主要分布在低潮间带和潮下带；营漂浮生活的海藻中，阴生物种则分布在较深的水层。

红藻

海水盐度与海水温度一样，同样出现成带和分层现象。近岸、河 口海域的海水盐度较低而多变；外海、大洋的海水盐度高且较稳定。不同海藻物种对盐度的适应与适应温度一样，有各自的“生态幅”。生活在近岸、河口水域内的海藻为广盐性种；生活在外海、大洋中的物种为狭盐性种，又称为高盐性种。盐度对海藻的作用在于影响细胞的渗透压，盐度剧烈变化，导致细胞渗透压剧烈变化，可使海藻细胞破裂或“质壁分离”，损坏细胞正常结构，从而影响藻体的新陈代谢，甚至危及生命。因此，在不同盐度海域内只有能与盐度变幅相适应的海藻物种才能正常生活。

海水中溶解盐类是海藻生活所必需的营养物质。氮、磷是常量营养物质，类似陆地植物所需的“肥料”，是保证海藻产量的重要因素。海水中生物盐浓度能直接影响海藻的丰度从而影响到海域的初级生产力。磷的缺乏，比任何其他物质的缺乏更限制海区的生产力。氮、磷之后是铁、钾、钙、硫和镁等。镁是叶绿素的必需成分。海藻生命活动中还需要微量营养物质，微量营养物质和维生素相似，对海藻的生命活动过程起着催化剂作用。海水中上述营养物质的量少或量多都影响海藻生命活动的正常运行，即起到限制作用。

大量化肥的使用使得海藻不缺营养

不同的海底底质对定生生活的海藻的分布有明显的限制作用。泥质和沙质海底上只能着生单细胞或微小的藻体；砾石海底上除了可以着生单细胞或微小的藻体外，还能着生较大型的海藻，但由于砾石在潮汐或海流的冲击下，必然互相摩擦和位移，较大型的海藻藻体会受到冲击而损坏，这种海底底质环境不可能着生很多较大型的海藻；只有岩石海底才能着生个体大小不同 的海藻，成为大型海藻最理想的栖息地。着生大量大型海藻的海域，犹如“海底森林”，能引来众多海洋生物，从而成为海洋初级生产力较高、海洋生物物种多样性较为丰富的海域。

海洋森林

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潮汐对潮间带海藻的作用

潮汐对潮间带生活的海藻有显著的限制作用。由于潮间带海水水体的周期性涨落，海底相应地被淹没或暴露在空气之中，环境分带明显(潮上带、高潮带、中潮带、低潮带和潮下带)，光照、温度、干燥(失水)等因素变化剧烈，只有对上述环境因素具有极强适应能力的海藻物种才能在此区带内生活，因此，在不同的潮带内生活着不同的海藻种群。

海流对定生生活的海藻的有利影响是能够不断地带来营养物质，能够把海藻的“种子”传播出去；对浮游生活的海藻也有相同的作用，如有上升流的海域初级生产力往往是很高的，因为上升流把海底沉积的营养物质带回水层而被浮游生活的海藻所利用。但是，海流带来的水温、盐度、营养物质、气体和其他物理、化学环境因素对进入海域的海藻的影响是综合效应。不仅影响海藻的丰度，还能影响进入海域海藻的群落结构。

海流对海藻的生长也有较大影响

浮游动物的摄食压力可以达到浮游植物现存量的5%～90%，因而是影响浮游植物种群扩展的重要因素。

第二节　藻类植物的价值

海藻的生态类群与经济意义

海洋藻类在长期的演化过程中，适应不同的生活环境而形成各自的形态、生理和生态特点，从而形成了各种生态类群。按照海洋藻类生活环境的特点及其与环境的相互关系，可将其分为海洋浮游藻类、海洋底栖藻类两种生态类群。

1.生态类群

海藻生态群

（1）海洋浮游藻类。指漂浮在海水水层中，营浮游生活的藻类。海洋浮游藻类大多数是一些单细胞藻类，它们个体都很小，身体直径一般只有几至几百微米，通常用肉眼看不见，只有在显微镜下才能分辨其形态、结构。海洋浮游藻类个体虽小，但种类多，数量也很大，包括了海洋藻类的绝大部分。其中，数量最大的是硅藻，其他还有蓝藻、甲藻、绿藻、金藻等的浮游种类。它们是海洋初级生产力的重要组成部分，被称为海洋牧草。不论海洋或内陆水体，不论是自然水体或人工养殖水体，浮游藻类的种类组成、数量变动均可随环境条件和时间而有明显的季节变化，也可受人类的干预而变化。浮游藻类不仅是鱼类和其他动物直接或间接的饵料，也是水体的初级生产者(即具有叶绿素、能进行光合作用、生产有机物的自养型生产者)，同时又是水体中其他生物重要的生物环境因子。它对水体的理化性状、生物生产量和经济动物的产量都有极为重要的影响。浮游藻类在一定环境条件下大量繁殖可使水层呈现一定的颜色，称水华，但如果在海洋中过量繁殖时，就被称为赤潮。随着水体富营养化的不断加剧，世界各国沿海岸赤潮频频发生。据报道，从1972年至1986年，我国有记载的赤潮共发生198次，1986年以后则更加频繁。赤潮给水产养殖业、水体生态平衡以及对人类的食品、饮水卫生及工业用水等都带来影响。赤潮现已成为世界性的、人们普遍关心的问题。为此，人们成立了国际性机构，专门研究、探讨赤潮的成因和防治措施。

硅藻

（2）海洋底栖藻类。指生活在光线能到达的浅海底的、营固着或附着生活的藻类。它们以水体中的高等植物、建筑物或其他物体以及水体底质为基质，用附着器、基细胞或假根等营附着或固着生活。它们大都是一些用肉眼能看到的多细胞海藻，主要为红藻、褐藻和绿藻门中的大型底栖藻类，其中许多种类是重要的经济海藻。底栖藻类个体小的终生只有几厘米长，如丝藻；最长的可达几百米，如巨藻。其形状有的像条带子，有的像片叶子，有的如树枝状，还有的像根绳子。它们都没有像高等植物那样有根、茎、叶的区别，不能开花结果。因为它们大都味美可食，营养丰富，所以人们称它们是海中蔬菜。底栖藻类对海洋底栖杂食性或舔食性鱼类和贝类等经济动物具有重要的饵料价值。藻类、细菌和小型动物组成的藻层胶质生活层，对水体有机物的分解、水体净化和判断水质好坏均具有一定的作用。

底栖藻

2.经济意义

螺旋藻片

藻类由于种类多，分布广，必然会同人们的生活、生产活动产生密切的关系，在国民经济中起到重要的作用。关于海藻的医用价值，早在《神农本草经》《名医别录》《本草纲目》里就都有记载。传统的食用、药用的藻类有紫菜、海带、江蓠、麒麟菜、石花菜、浒苔和发菜等。海藻除含有许多特殊的保健和营养物质可用于医疗和食品外，还可从中提取很多工业和农业产品。如果说浮游藻类与渔业的关系很密切的话，那么大型海藻既是有些鱼类、贝类、蟹类、棘皮类的饵料，又是它们极好的产卵、避敌场所。藻类死亡后沉积水底，年复一年，在水底形成有机淤泥，是很好的肥源。海藻还是造纸、纤维板以及许多建筑工业的原料。硅藻土疏松多孔，容易吸附液体，是生产炸药时作绿甘油的吸附剂，又是糖果甘油最好的滤过剂，金属、木材的磨光剂等。微藻工业在国内外迅速发展，目前对富含高度不饱和脂肪、天然色素等昂贵物质的海洋微藻进行大规模的培养和开发，正在引起有关海洋科学家的高度兴趣，有的正在试验，有的已形成产业。在墨西哥具有世界最大的生产螺旋藻的工厂，每天可生产1～2吨，每年生产的藻类蛋白质300吨左右。我国螺旋藻生产基地已建成。大型海藻的加工利用即海藻工业也在发展中。海洋藻类药物工业，正成为朝阳产业。藻类的利用和开发的前景将越来越广阔。但是，有些藻类的大量繁殖，特别是有害藻类的异常发生，给渔业带来很大危害，甚至影响到人们的身体健康和生命安全。近年来，工业废水和生活污水大量排入海洋，导致海洋中甲藻、硅藻等异常发生，形成赤潮，使水质恶化，生态平衡被破坏，同时也给海洋渔业生产造成了严重的损失。

麒麟菜

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外国的海藻产品有哪些

由于海藻中存在许多有药效作用的物质，比如海藻多糖、纤维素、生物活性碘、牛磺酸、维生素、天然色素、超氧化物歧化酶等，所以世界上很多国家都在研究和开发海藻保健食品。日本由于有喜好食用海藻的传统饮食习惯，加上具有先进的加工技术，所以在海藻保健食品的研制方面位居世界前列。据统计，日本现有4000多家生产海藻食品的厂家，生产200多种海藻产品，这些海藻产品基本上都是营养与保健俱佳的食品。另外，韩国、东南亚等国家的海藻保健食品也有一定的水平。

我国的经济藻类

具有开发利用价值的海藻称为经济海藻。我国经济海藻的近代科学分类始于1809年，英国藻类学家Tume在他的著作《Fuci》第二卷中发表了一种我国东海和南海产的经济海藻，命名为“鹿角藻”。此外，1959年，我国海洋学家曾呈奎等报道了54种经济海藻。近年来经过整理研究，已知我国的经济海藻有100余种，目前用于食品生产的主要为褐藻、绿藻与红藻。近年来兴起的螺旋藻热又为微型海藻的开发掀开了新的一页。在众多的海藻中，最多而且被人类广泛采用的有如下种类。

鹿角藻

1.褐藻

马尾藻

褐藻呈黄褐色，个体较大，寒温带地区生长较多，是海藻中最值得注意的一种工业原料。我国沿海常见的褐藻种类有铁钉菜、网胰藻、萱藻、鹅肠菜、绳藻、海带、昆布、裙带菜、鹿角菜，马尾藻属中的铜藻、鼠尾藻、海黍子、海蒿子、羊栖菜 以及半叶马尾藻、草叶马尾藻、裂叶马尾藻、匍枝马尾藻、莫氏马尾藻、瓦氏马尾藻和亨氏马尾藻。

你知道吗

巨藻有什么用途

巨藻是人类不可多得的一种巨额宝藏。巨藻林内具有丰富的渔业资源。巨藻曾经长期是太平洋沿岸土著美洲人的食盐、食物、药品和渔具的源泉。早在17世纪，聪明的航海家们便借助于巨藻引导航行，因为他们懂得，一旦出现巨藻冠状层，便意味着海底下藏着浅礁。1914年，美国加利福尼亚人已开始大规模地收获和加工利用巨藻了。第一次世界大战期间，德国对美国实行钾碱禁运，这样就迫使美国科学家用巨藻体提取氯化钾生产肥料和火药。据统计，第一次世界大战期间，仅加利福尼亚一个州就从海洋中收获了150万吨巨藻，这一纪录至今未被打破。

2.红藻

红藻一般生长在海洋深处或潮间带，都含有红藻红素和红藻蓝素，藻体不是很大。近几年来，红藻的养殖及化学性质受到各国海藻学家的重视。我国常见的红藻有红毛藻属、紫菜属(包括7种紫菜)、石花菜属(包括9种石花菜)、鸡毛菜属、海萝属、江蓠属、麒麟菜属、沙菜属、角叉菜属、叉枝藻属、仙菜属、鹧鸽菜属、松节藻属。

海萝菜

3.绿藻

海洋绿藻是一类生活于海洋潮间带中的绿色植物，它们含有丰富的海洋叶绿素和多种微量元素，常见种类有石莼属、浒苔属和礁膜属等。

螺旋藻制成的营养品

4.螺旋藻

螺旋藻是蓝藻门螺旋藻属的一种海藻，是微型、不分支、无异型胞的螺旋状丝体，广泛分布于世界各地的海水、半咸水和淡水中。通常所说的螺旋藻是指形体较大的钝顶螺旋藻和极大螺旋藻。

你知道吗

螺旋藻的特殊价值

螺旋藻非同寻常的价值在于：螺旋藻中γ-亚麻酸是生成人体内多种荷尔蒙所必需的，在普通食物中极为少见。螺旋藻还富含钙、铁、锌、钾、核糖核酸、脱氧核糖核酸、多种酶以及其他多种元素。此外，叶绿素、叶黄素和蓝藻素的含量，也是其他植物无法与之相比的。

螺旋藻完全无毒，它体内多糖的细胞壁易于消化，无须特别处理就可食用，可以保持和增加体能而不增加体重，的确是一种理想的健美食品。它是一种广谱免疫系统促进剂，还可以抗疲劳。此外，对溃疡、贫血症、糖尿病、肝病、视觉不良等都有一定疗效，已被誉为“明天最好的食品”。

江蓠菜

我国辽阔的海岸线和较广阔的海岸为海藻生长提供了适应的环境，浅海湾和其他被保护区域，较慢的中强度水流、沙地和珊瑚藻底部，较好营养品载体是许多有重要经济价值的海藻的聚集地。目前我国在褐藻和红藻的人工养殖方面已达到了世界先进水平，特别是在海带、紫菜、江蓠等海藻养殖方面取得了显著的成就。褐藻产量已跃居世界首位，江蓠产量居世界第四位，直接或间接地为人类创造超过100亿美元的财富。但我国在海藻资源的开发及利用方面还远落后于一些发达国家，资源有效利用率仅有1/4左右，是我国海洋资源开发利用的一个薄弱环节。因此加快我国海藻资源的深度加工和综合利用具有极其重要的意义。

美丽的珊瑚藻

海藻的保健作用

海藻的保健作用主要有以下几方面。

1.抗癌作用

海藻制药

海藻中的多糖起着重要作用。多糖作为海藻的最主要成分，含量 达60%左右。例如，由多糖构成的海藻细胞壁要比陆地植物的细胞壁厚，且柔软而富有弹性。同时，由于呈酸性的细胞间多糖具有羧基和硫酸根，所以具有选择吸收或交换海水中的离子，保持水分的作用。在陆地植物中尚未发现有这类黏多糖。构成海藻多糖的糖类中，有存在于高等植物中的D-葡萄糖、D-半乳糖、D-木糖、L-鼠李糖、L-阿拉伯糖、D-葡萄糖醛酸和D-半乳糖醛酸等，同时也有L-岩藻糖、L-3，6-半乳糖、6-O-甲乳糖等海藻特有的糖类，以及D-甘露糖醛酸、L-葡萄糖醛酸等特异的糖醛酸等。研究表明，岩藻聚糖、硫酸多糖等这些存在于海藻类而不存在于陆地植物的特殊多糖对癌症有明显的抑制作用。日本科学家从海带中提取出一种能诱导癌细胞“自杀”的物质——U岩藻多糖，它能使癌细胞内的染色体以其自身内拥有的酸将自己分解，两三日后癌细胞便自我消灭，而正常细胞不受损害。另外，藻类中含有的硫酸多糖能提高生物防御能力，在肠道内把有害的物质转化为无害的物质。因此，能抑制癌症的发生。

海藻中食物纤维除粗纤维外，还包括琼脂质和甘露聚糖层。海藻食品中的纤维含量较多。海带为28.6%，紫菜为29.7%，裙带菜为17.9%。纤维素的摄入，可促进肠道蠕动，增进消化腺分泌，使消化残渣膨松，在肠道中运行加快，减少有害物质的滞留和吸收，降低消化道中毒和肠癌发生率。

裙带菜

最近，从海藻中发现的环丙基氨基酸具有抑制癌及激活免疫作用，其特异的构造引起了人们的注意。

2.降血压、降胆固醇的作用

中医认为，海带味咸性寒，可软坚散结、清热利水、镇咳平喘、去脂降压。“软坚散结”的效果来自海带中的碘，润喉片中往往含碘，就是利用了这个效果。民间偏方中，有用糖渍海带丝治咽喉炎的例子。海带利水的效果来自其中所含的甘露醇，因为甘露醇有利尿和消肿的作用。祛脂降压的效果则来自海带中的褐藻胶和长链多不饱和脂肪酸。褐藻胶是良好的可溶性膳食纤维，能够与食物中的胆固醇结合，将它排出体外，也有一定降压作用；长链多不饱和脂肪酸能够促进血管中胆固醇的清除，降低血液的黏度。两者都可起到降低血脂和血胆固醇、预防血栓形成的作用，对于心血管病患者来说是极好的保健食品。根据民间验方，海带和绿豆同煮，可以降低血压。

民间验方——海带绿豆沙

你知道吗

紫菜能治什么病

其实，我们的祖先早在1000多年以前就知道紫菜能够治病。我国著名的药学家李时珍在他的传世之作《本草纲目》中，就对紫菜的治病疗疾作用做过详细的记载。书中说紫菜“主治热气”，“凡瘿结积块之疾，宜常食紫菜”。这意思是说，紫菜能够清热解毒，治疗甲状腺肿大等病症。我国民间也一直流传着紫菜治病的验方。比如，用紫菜与牡蛎一起治慢性气管炎和咳嗽，紫菜与车前子配合可以治疗水肿和湿性脚气等等。现代医学证明紫菜还能治疗其他的疾病能够治疗高血压等病；消化性胃溃疡；紫菜中含有非常丰富的维生素A，最近的研究发现它能够抑制癌细胞的迅速分裂，因此，它的抗癌作用引起了研究人员的极大关注。

最近研究发现，海带能降血压，因为海带中含有褐藻酸的钾盐在起作用。褐藻酸是D-甘露糖醛酸和L-古罗糖醛酸按不同比例组成的聚糖醛酸苷，有排除多余钠离子和调节钠、钾的平衡作用。对由容量因素引起的高血压，食用海藻食物可收到良好的降压效果。

海带

海藻中存在大量氨基酸，氨基酸和它的诱导物也具有降压作用。从海带浸出液中分离出的海带氨基酸就有降压作用，其生理活性和藻体内代谢已受到重视。

日本科学家研究发现，食用海藻食品对降低血浆中的胆固醇有明显的效应。多不饱和脂肪酸的结构较为松散，占有较大的空间，排挤脂蛋白的蛋白质部分，使胆固醇降低。海藻中的维生素B6和亚油酸也能降低血脂。维生素B6能促进亚油酸转变为花生四烯酸，后者可促进胆固醇氧化为胆酸，导致胆固醇的降低。

海藻中的硫酸多糖还能增强血液中的脂肪酶的活性，降低血脂。

3.补充矿物元素作用

藻类吸收海水中的矿物元素离子，不仅是浓度差引起的扩散渗透作用，而且对特定的离子具有高度选择性，通过细胞膜主动转运，是一种不可逆的吸收。以钙为例，海带中的钙含量是海水的32倍，所有的食物中仅次于虾皮的钙含量(1177毫克/100克干海带，2000毫克/100克虾皮)。1992年，国家卫生部门进行了调查，结果是：由于我国习惯的饮食结构中含钙量丰富的食物不多，人们身体所需的矿物质中钙缺乏严重。当年的全民钙摄入量仅为年需要标准的50%左右，缺钙引起的骨质疏松比较严重，我国骨质疏松患者达8000万人。最简单的补钙方法是改变膳食结构。注意海藻这一丰富的天然食品钙源，坚持长期食用，一定会收到满意的效果。

海藻中含有丰富的矿物元素

藻类保健品

海藻中含有丰富的碘，可为人体提供足够的碘。如果缺碘，将导致甲状腺功能低下，进而阻滞机体 的生长发育，影响神经系统及智力的正常发育，造成不同程度的智力损害甚至残疾。其原因是人体内的甲状腺必须在有碘存在下才能分泌可促进生长发育和加强基因代谢等重要生理功能的甲状腺素。人体的甲状腺素和肾上腺皮质激素、性激素共同维持人体生理功能的平衡，如果人体含碘量不足，甲状腺素缺乏，还会使糖类与脂肪氧化不充分，在体内积累胆固醇和脂肪，导致人体发胖和动脉硬化。成年人每天只需100～200微克碘就足够了。据统计，我国现有的1000多万智力残疾人中，有80%是缺碘所致。碘缺乏使儿童智力低下、呆傻、白痴、身体矮小、聋哑、瘫痪及特殊丑陋面容。碘缺乏儿童的平均智商比正常儿童低10%～15%。现在常用的补碘方法是食用碘盐，碘盐中含有的碘为无机碘，在贮存、烹饪过程中很容易造成碘破坏，失去效用。而海藻食品含有机碘量很高，海带含碘量为340毫克/100克，易被人体吸收利用。

另外，海藻中还含有钾、钠、镁、铁、锌等，都是人体必需的矿物元素。

4.清除体内重金属离子作用

紫菜含碘量相对很高

城市环境污染每天通过食物、饮水和空气进入人体组织，有毒性作用，海藻中含有大量的褐藻酸，其中的古罗糖醛酸能很容易地与铅结合，并可以由消化道将铅排出体外。

综上所述，海藻是集营养、保健、治疗于一体的食品，其食用价值非蔬菜所能匹敌。海藻来源丰富、易于贮存、价格不高，亟待食品科技人员开发利用。

海藻保健品

藻类植物与人类生活

人类利用藻类作为食品，不但有悠久的历史，而且食用的种类和方法之多，也是数不胜数。据初步统计，仅在我国所产的大型食用藻类至少有50～60种，经常作为商品出售的食用藻类主要是海产藻类，如礁膜、石莼、海带、裙带菜、紫菜、石花菜等。商品食用淡水藻类有地木耳和发菜。我国云南景洪地区傣族同胞食用和出口缅甸等国的“岛”和“解”就是用淡水藻类中的水绵和刚毛藻加工制成的。由于单细胞藻类中含有丰富的营养物质，又有繁殖快、产量高的特点，大面积培养单细胞藻类作为人类食用或家畜的精饲料，也早已引起人们的重视，而且有的（如小球藻、栅藻）已在国内外推广利用。

海藻饲料

藻类对于医学和农业也有很密切的关系。有的直接作为药用，例如褐藻中的海带、裙带菜、羊栖菜等，都有防治甲状腺肿大的功效。红藻中的鹧鸪菜和海人草可作为驱除蛔虫的特效药。从褐藻中提取的藻胶酸、甘露醇和红藻中提取的琼胶也在医学中广泛应用，例如藻胶酸盐可作为制造牙模和止血药物的原料；甘露醇有消除脑水肿和利尿的效能，琼胶除作为轻泻药治疗便秘症外，还可用来作为制造药膏的药基、包药粉的药衣和细菌培养基的凝固剂。土壤藻类不但可以积累有机物质，刺激土壤微生物的活动，增加土壤中的含氧量，防止无机盐的流失，减少土壤的侵蚀，其中有些蓝藻还能固定空气中游离的氮素，在提高土壤肥力中起重要作用。此外，藻类是鱼类食物链的基础，鱼类的天然饵料一般都直接或间接地来自浮游藻类，所以在淡水鱼类养殖中，多通过施肥，繁殖藻类，为鱼类提供饵料。但是，当浮游藻类大量繁殖发生水华的时候，由于水中缺氧或产生有毒物质，也往往引起鱼类的大量死亡。

你知道吗

浒苔与绿潮

浒苔是一种可食用的海藻，也可以作为饲料和农业肥料。在绿潮发生过程中并不会对海洋生态环境、人体健康和食品安全产生危害，而且还有利于净化海洋生态环境。但是，在大批浒苔死亡后，由于有机质的集中分解，将对近岸海域的水质环境产生一定的影响，浒苔爆发还会干扰旅游观光和水上运动的顺利进行。

水产养殖可以通过施肥繁殖藻类为鱼儿提供饵料

以藻类为原料所制成的产品，特别是藻胶酸盐，已广泛应用于工业生产中。例如，琼胶在食品工业中可作为凝固剂和糖一起制成软糖，和淀粉一起制成包糖用的糯米纸，制面包时加入琼胶可以使面包保持长期的松软，加入果子露中，可制成冷冻果汁；制鱼、肉罐头时加入琼胶，可以保持鱼、肉的原形，使鱼、肉不致在运输中散开；在日本和欧美各国，还用琼胶作为酿造酒、醋、酱油的澄清剂。在建筑业中，藻胶酸除用以粉刷墙壁、水泥加固、涂敷木材、金属品和工作母机外，还可以制成格子板和油毡的代用品。在纺织工业中，可用藻类植物约有3万种，主要分布于淡水或海水中。植物体型多样，有单细胞、群体（由许多单细胞聚集而成，细胞没有紧密的生理联系）、多细胞的丝状体及叶状体。高等的藻类已有简单的组织分化。植物体（简称藻体）大小差别很大，小的只有几微米，必须在显微镜下才能看到；较大的肉眼可见，最大的体长可达100米以上。

琼脂

国外海藻

藻类植物一般都具有进行光合作用的色素，能利用光能把无机物合成有机物供自身需要，是能独立生活的一类自养原植体植物。藻体结构也比较复杂，分化为多种组织，如生长于太平洋中的巨藻。尽管藻体有大的、小的、简单的、复杂的区别，但是，它们基本上是没有根、茎、叶分化的原植体植物。生殖器官多数是单细胞，虽然有些高等藻类的生殖器官是多细胞的，但生殖器官中的每个细胞都直接参加生殖作用；形成孢子或配子，其外围也无不孕细胞层包围。藻类植物的合子不发育成多细胞的胚。有少数低等藻类是异养的或暂时是异养的，这可根据它们的细胞构造和贮藏的营养物质，与异养原植体植物——真菌分开。

藻类在自然界中几乎到处都有分布，在潮湿的岩石上、墙壁和树干上、土壤中也都有它们的分布。但主要是生长在水中（淡水或海水）。在水中生活的藻类，有的浮游于水中，也有的固着于岩石上或附着于其他植物体上。藻类植物对环境条件要求不高，适应环境能力强，可以在营养贫乏、光照强度微弱的环境中生长。在地震、火山爆发、洪水泛滥后形成的新鲜无机质上，它们是最先的居住者，是新生活区的先锋植物之一，有些海藻可以在100米深的海底生活，有些藻类能在零下数十摄氏度的南北极或终年积雪的高山上生活，有些蓝藻能在高达85℃的温泉中生活，有的藻类能与真菌共生，形成共生复合体（如地衣）。

水中的海藻

藻类还可用以修饰布料、浆丝等，如我国广东产的香云纱就是用海萝胶作浆料制成的。硅藻在工业中的用途也很广，例如加入硝酸甘油后，可以防止爆炸，可作为制造耐火砖、滤器、牙粉的原料。

随着对藻类认识的日益深入，利用的范围也在不断扩大，从现在初步的研究成果来看，藻类在解决人类目前普遍存在的粮食缺乏、能源危机和环境污染等问题中，将发挥重要作用。

第三节　海藻趣闻

海上庄稼别样栽

大家对大田里种的庄稼都有一些了解，比如玉米，每年春天把种子播入土里，很快，种子发芽，植株长高，直至开花、结穗。海带这样的海上庄稼如何在海上种植并生长呢？海带种植的第一步是在室内培育海带苗；第二步是将室内育出的海带苗夹在长长的棕绳上；第三步是将绑有竹筒或空心玻璃球的棕绳一排排地半浮半沉地吊挂在海面上。以后，海带随着棕绳随波漂荡，远远看去，宛如一片海上粮田。

有趣的是，陆地庄稼都是扎根于土壤，茎叶向上生长，而海上庄稼恰恰相反，假根朝上，叶片向海底伸展。另外，二者在营养供给方法上也不一样，陆地庄稼靠根吸收土壤中的水分和肥料，从而茁壮成长，海上庄稼靠叶子吸收纱袋里的化肥。

海上养殖

海藻的颜色比高等植物丰富

与高等植物相比，藻类的颜色可谓五彩缤纷，有的像春风吹绿的江南，呈现一片绿色；有的像金秋染就的霜叶，红似二月之花；有的像玻璃海棠，呈现一片褐色。是什么把藻类打扮得如此美丽？答案就是色素。色素在植物界普遍存在。植物能进行光合作用，就是靠色素。色素有三大类，即叶绿素、类胡萝卜素和藻胆蛋白。根据化学结构，各大类色素又可细分为不同的种类或类型，如叶绿素可分为叶绿素a、叶绿素b、叶绿素c、叶绿素d等种类，叶绿素c又可进一步分为叶绿素c1和叶绿素c2；类胡萝卜素可分为胡萝卜素和叶黄素，胡萝卜素又有胡萝卜素α、胡萝卜素β、胡萝卜素γ、胡萝卜素δ、胡萝卜素ε等不同的类型，藻胆蛋白的类型更是变化多端，有数十种之多。各类色素在光合作用中分工明确，叶绿素是吸收日光能量进行光合作用的主要色素，其他色素则是辅助色素，负责将接收到的日光能量传递给叶绿素a进行光合成。

海带苗

海上“庄稼地”

与高等植物相比，藻类不但具有高等植物所具有的叶绿素a、叶绿素b、胡萝卜素。c、胡萝卜素β、胡萝卜素γ、叶黄素、玉米黄素，还具有高等植物不具有的叶绿素c、叶绿素d、胡萝卜素δ、胡萝卜素ε、褐藻黄素、硅藻黄素、蓝藻黄素及藻胆蛋白等。正因如此，藻类才表现出比高等植物更加丰富的颜色。

宛若神迹的海藻

海藻的“变色术”

在显微镜里，明明看到活的硅藻是黄褐色，可死亡后，硅藻有时却会变成绿色。为什么会有如此奇妙的变化？原来这一切都是藻体内色素变化的缘故。活的硅藻呈黄褐色，是因为硅藻的细胞里除了叶绿素外，还含有特殊的黄色物质——硅藻素。当硅藻死亡后，硅藻素随水排出体外，叶绿素却仍然保留在硅藻体内，硅藻因此也就变成了绿色。

裙带菜是褐藻。与所有褐藻一样，裙带菜体内既有绿色系列的叶绿素，又有黄色系列的类胡萝卜素。鲜时，裙带菜呈褐色，是由于类胡萝卜素占优势，掩盖了叶绿素的颜色。当裙带菜在开水中时，黄色系列的类胡萝卜素不耐高温，首先遭到破坏；叶绿素因为能耐受较高的温度而得到保留，因而叶绿素的绿色就表现出来。

烤紫菜是大家非常喜欢吃的一种休闲食品，商品名称叫“海苔”。与新鲜紫菜相比，烤紫菜的外在形态发生了很大变化，同时味道也发生了改变，因而许多人不知道它究竟是什么东西，有的商家也因此迷惑消费者，说什么“海苔是不同于紫菜的另外一种海藻，营养价值比紫菜高”。商家的这种行为固然不值得提倡，但也道出了紫菜烘烤后的变化。

海苔就是烤过的紫菜

你知道吗

为什么紫菜烘烤后就变色了

鲜紫菜呈黑紫色，经过烘烤会变为青绿色。这是因为紫菜加热后，红色的藻红素被破坏了91%，蓝色的藻蓝素被破坏了82%，而绿色的叶绿素仅被破坏了5%，所以，叶绿素的绿色被表现出来，使紫菜呈现出绿色。

新鲜紫菜入口后略带甜味，烘烤后则香气袭人、鲜美可口。这是细胞壁变化的结果。鲜紫菜的细胞为黑色的方形细胞，由甘露聚糖组成的细胞壁像一层薄膜包裹着细胞内的各种物质，一定程度上阻止了胞内物质的释放和味道的显现，甘露聚糖的甜味则显现出来。烘烤后的紫菜，细胞发生变形。甘露聚糖组成的细胞壁受到破坏，细胞内的各种物质可以自由地从细胞壁通过，香味和鲜味就会明显地释放出来。

藻中“珊瑚”

珊瑚是生活在热带海域的腔肠动物，它们以“辛勤劳动”及子孙后代的不断努力，用自己的骨骼建造了一个又一个美丽的珊瑚礁。在沿海礁石上，还有另外一类珊瑚，它们不是动物，而是植物。植物珊瑚实际上是红藻，又名珊瑚藻。珊瑚藻生活在海洋中，全身充满了钙质，身体粗糙而坚硬，与海洋中的动物珊瑚真有几分相像，就连18世纪著名的生物分类学家林奈也极为肯定地说它是动物。但研究表明，珊瑚藻虽然身体里充满了钙质，但细胞内却含有叶绿素，能通过光合作用养活自己，而不像动物那样靠吞食别的生物为生。

珊瑚藻

珊瑚藻身高5厘米左右，基部固着在珊瑚礁上或浅海的岩穴内。它的身体数次重复叉状分枝，并排列成羽状。

珊瑚藻的钙质身体为研究工作带来了难度。科学家要研究它，必须用酸性物质使其脱钙变软。同时，珊瑚藻的钙质身体在古生物学和地质学的研究上又有特殊的意义。由于钙质化，珊瑚藻在漫长的地质年代变迁中不会像其他藻类一样消失得无影无踪，而是始终保持着当初的面目，成为可供现代人研究的化石。20世纪60年代，中国科学工作者在珠穆朗玛峰地区进行科学考察，在第三纪岩层中发现了一种珊瑚藻化石，据此，科学家推断珠穆朗玛峰曾经是一片海洋。人们还根据珊瑚藻提供的证据，发现大型海相碳酸盐型油田。

你知道吗

珊瑚藻的药用价值

珊瑚藻还是一种中草药，具有除湿杀虫的功效，对蛔虫、蛲虫等症有治疗作用。日本专家铃木用几种海藻的浸出液研究了海藻的驱蛔虫效果，结果显示，珊瑚藻的驱蛔虫效果比海人草还好，驱蛔虫率是海人草的1.5倍。

水晶蓝珊瑚藻

海藻体内的“脑黄金”

DHA是二十二碳六烯酸英文名字的缩写，因为具有健脑作用，因而被形象地称为“脑黄金”。

传统DHA的商业来源是深海鱼油。由于受物种、海域、气候、资源等自然因素的影响，深海鱼油产量和质量不是十分稳定。而且，深海鱼油中含有胆固醇和无法去除的EPA(二十碳五烯酸)。EPA既有软化血管的功能，又有抑制儿童及青少年生长发育、影响胎儿生长、破坏血小板使血液不易凝固等副作用，因此，不能随便将来自鱼油的DHA添加到婴幼儿食品中。美国食品和药物管理局(FDA)(1997)认为，鱼油中含有一些不安全的成分，长期服用可对人体产生副作用。研究发现，海洋微藻是DHA的新来源，许多单细胞藻中的DHA含量都超过微藻所产生的纯油的15%，有的甚至超过纯油的40%。

藻类食品

进一步研究的结果更令人惊喜，微藻DHA不但含量高，而且具有比鱼油DHA食用安全、稳定性强、生物利用率高等优点。临床试验表明，微藻DHA油可作为食品添加剂用于食品加工，婴儿和成人食用都安全可靠。微藻DHA供成人食用时，即使食用剂量高达每日15克，也无任何临床副作用。有人分别用添加了鱼油DHA和微藻DHA的面包做对比后发现，前者存放几天后会散发出难闻的哈喇气味，而后者则很少发生这种现象。结果说明，微藻DHA比鱼油DHA稳定性强。在生物利用率方面，微藻DHA极易被成人和婴儿吸收。鉴于微藻DHA的这些优点，目前欧洲国家已普遍开始食用微藻DHA。

藻类食品之羊栖菜

世界上许多国家已经着手从微藻中提取DHA。美国通过海洋微藻的大规模培养率先获得了DHA，我国也攻克了利用生物反应器培养深海植物的世界难题，生产出了高纯度的DHA营养素。微藻DHA的成功提取，为人类的健脑行动提供了很好的帮助。

海洋环境与海洋生物

1.海洋区带与海洋生物

地球表面71%是海洋。广阔的海洋可以按地形和海水深度的不同划分为沿岸地区和深海地区。沿岸地区(或近海区)是指由海陆相接处到海底深200米以内的坡度较小的海区(此区也称大陆棚，此海底称大陆架)。在此区内又根据海水深度和其物理、化学的特性，分为滨海带和浅海带两个地带。滨海带是由高潮线到50 米水深的地区。在此区域内动、植物的种类比较多。高潮线(即海水涨潮至最高处的海岸线)与低潮线(即海水退潮至最低处的海岸线)间的地带称为潮间带。浅海带是由50米水深到200米水深的地区。沿岸地区的面积只占海洋总面积的8%左右。可是，人们从近海捕获的鱼、虾却占海洋渔产总捕获量的90%左右，尽管这与大洋区的渔业资源尚未得到充分开发有关，但近海区的生物资源确实要比大洋区丰富得多。我国的渤海、黄海和东海(合称“东中国海”)都在大陆架区，绝大部分海底的水深都在200米以内，是世界上有名的渔场之一。深海地区(或大洋区)是指沿岸地区以外的极大部分开阔海域。此区又分为倾斜带和深海带两个地带，前者是指水深200～2440米之间的地区，后者是指水深2440米以上至最深的海域。深海带的特点是水温低(界于0～5℃)，海床柔软，环境稳定，光线缺乏、无季节性变化，没有什么植物，少数栖息的动物均为肉食性动物。通常把生活在近海和大洋的生物分别称为近海生物和大洋生物。

大海边的渔业养殖

2.水温与海洋生物

海水温度状况是海洋生物地理分布的限制因素，除海鸟和海洋哺乳动物外，所有的海洋生物都是变温生物，而海水温度又随着纬度和深度变化着，因此，海洋生物的分布就必然与海水温度的地理差异有关。根据海洋表层温度和整个生物的分布状况，可以划分出3个主要生物地理区：

（1）极区。表层有冷冻和冰块影响，生物分布在此深度以下，浮游动物幼体种类较少而数量多，常成片集中分布，表层动物多，吸引大量海鸟和海洋哺乳动物。

（2）温带。季节变化显著，表层水只在夏季是温和的，由冷水团和温水团侵入，生物组成复杂，有些地区生产力高，为重要渔场。

（3）热带。无明显的季节变化，表层水温终年都在20～30℃之间，生物种类多，垂直分层位置较深，有珊瑚礁分布。根据海洋生物对水温适应范围的大小，可将其分为两类，即广温性生物和狭温性生物。前者如牡蛎、抹香鲸、海豚等。后者又可分为狭喜冷动物，如端足类、哲水潘、鳟、深海鱼类等；狭喜热动物，如造礁珊瑚、异足类、多数翼足类、十足类的虾、蟹等。

大海中的抹香鲸

3.光与海洋生物

太阳光辐射是海洋环境中最重要的生态因子之一。光能是海洋植物进行光合作用的能源，直接影响着海洋有机物的生成，从而也关系到整个海洋生物的生活和生存。光还直接或间接地影响着海洋生物的行为和分布。

海洋植物光合作用的强度与光照强度有直接关系。每一种海洋植物都有一定的最适度或饱和光照强度。在这个光照范围内，光合作用速率可达最高水平。由于光线强度随水深而减弱，因此，在达到某一水深时，植物光合作用所产生的氧量恰好等于其呼吸作用的消耗量，即水生植物所产生的有机物质全部为其自身生命活动所消耗，其有机物的净产量正好为零。这时的光照强度称为补偿光强(补偿点)。补偿点所在的深度叫做补偿深度。补偿深度不仅取决于纬度、季节和日光照射的角度，也受天气、海况和海水混浊度(包括浮游生物的丰歉)的影响。因此，海洋中底栖植物只能分布在近岸的浅水区域，而海洋表层水中的浮游植物是海洋中主要的初级生产者。光照也是影响海藻垂直分布的重要因子。由于水对目光中各光谱的吸收率与光线波长大小成正比。因此，在海洋藻类的垂直分布中，上层的海藻为含叶绿素多的蓝绿藻，能有效利用红光；中层是含褐藻素多的褐藻，能有效利用黄光和红光；层面是含红藻素多的红藻，能有效利用蓝绿色光线。由于浮游动物以浮游植物为食，因此，浮游植物的分布直接影响着浮游动物的分布状况，同时也影响着以浮游动物为食的鱼类等动物的行为和分布。另外，除爬行类和哺乳类以外的许多海洋生物当受到机械碰撞或温度、电流和化学等刺激时，具有发光现象，以达到吸引异性、引诱食物和保护自身等生物学目的。

微波荡漾的海洋

4.盐度与海洋生物

盐度对海洋生物的分布、形态、生长和发育都有影响。

根据水生生物对水环境含盐量的忍耐性以及进行水盐代谢和渗透压调节的适应性，可把它们分为两大类：

（1）狭盐性生物。它们只能生活在盐度稳定的环境中，如深海和大洋中的生物。

（2）广盐性生物。它们对海水盐度的变化有很大的适应性，如沿海和河口地区的生物以及洄游性动物。另外，大量的调查资料表明，不同盐度海区的物种数量存在着差异，一般盐度较低和盐度变化大的海区，其物种数目较少。这是因为海洋动物是以狭盐性变渗压种类为主的。

5.溶解气体与海洋生物

海水中溶解有大气中所有的各种气体，其中氧、氮和二氧化碳的含量很高。缺乏溶解氧的水域常有硫化氢出现，在停滞不动的海水中，还有有机分解和腐败而产生的其他气体(如甲烷)。这些溶解气体在很大程度上决定着海洋生物的生命活动。

溶解氧可大量地从大气中溶入海水，但更主要的是来自于海洋植物进行光合作用时排出的游离氧。海洋生物在呼吸作用过程中需要大量的氧气，而有机残体腐败和分解时也消耗氧气。绝大多数海洋生物在缺氧条件下会出现窒息死亡现象。海水溶解氧有较明显的垂直分布，表面海水含氧量一般很高，常达饱和状态，在25～50米水层附近，浮游植物大量密集，光合作用旺盛，氧含量很高。在其水层以下，溶氧量逐渐减少，到1 000米附近时，溶氧量达最小值。在深层，含氧量却稍有增高，这是因为有较多溶氧量的极地海水流入的缘故。

在缺氧条件下，由于嫌氧细菌的活动，硫酸盐经过还原作用而形成硫化氢。硫化氢对绝大多数生物具有剧毒作用。

海洋藻类

氨是含氮有机物分解的中间产物，细菌对硝酸盐的反硝化作用以及某些光合细菌和蓝藻进行固氮作用时也产生氨。对海洋动物具有毒性作用的主要是分子氨，在低氧条件下其毒性尤为严重。

深海热泉：生命绿洲

海底“黑烟囱”

自1979年科学家首次发现“黑烟囱”，它便成为海洋科学研究的热点。1988年，中国与德国科学家联合考察了马里亚纳海沟。人们通过水下摄像机看到：在水下3700米左右的海底岩石上，有像枯树桩一样的东西，周边还有块状、碎片状和花朵状物，在喷溢出口处沉淀堆积了许多化学物质。采集到的主要岩石样品为黄褐色，间杂黑色、灰白色、蓝绿色。经过鉴定和化学分析，确认是海底热泉活动的残留物，称之为“烟囱”。其组成物大多是硫化矿物，除了大量的铜、锌、锰、钴、镍外，还有金、银、铂等贵重金属。在方圆几百米的范围，柱状物体喷发着滚滚黑烟，数十个柱状喷发物使人仿佛置身于一个由烟囱组成的海底工业基地。海底“黑烟囱”是由于海水沿海底地壳裂缝向下渗透，在被地壳深部加热后，溶解掉岩石中包括硫和铁在内的多种金属元素，沿着裂缝对流上升，并喷发到海底形成的。能够“喷金吐银”的“黑烟囱”还带来丰富的矿产资源。“黑烟囱”就分布在海脊和弧后盆地扩张中心的位置上，其喷发沉积物在海底形成金、银、铜、铁、铅、锌、锰、钡、汞等多种矿产。这些高品位矿产将成为人类潜在的矿产资源。

在“黑烟囱”四周，有种类和数量都十分丰富的海洋生物。一般深海的温度只有0℃，而海底热泉活动频繁的“黑烟囱”的附近水温却高达350～400℃。据推算，水深每增加10米，就会增大1个大气压，这就意味着在水深4000米的海底，物体要承受上百吨的压力。在这样恶劣的环境下，竟然还有生物。为了解开这个谜，科学家们进行了不解的探索。1980年，有科学家在太平洋加拉帕戈斯群岛附近进行水下考察，在一个海底深渊喷出的90℃的热水中发现僵死的细菌；科学家们继续下潜，在水下2650米深处，发现了活动力极强的细菌。而这里的水温为250℃，压力为2700万帕斯卡。原来，那些在90℃热水中发现的僵死细菌，是被热水推到水深较浅的水域“冻死”或者是忍受不了内部的压力“爆炸”而死的。

更令人吃惊的是，在活动热泉附近，聚集了大量的新生物物种。人们熟悉的海洋生物在这里能够见到，还有不少管蠕虫活动在海底温泉的喷口处。此外，在深海底部极端环境下竞存有生命，即在高达400℃的海底火山口附近，存在着不计其数的耐高温、耐高压能力极强的微生物。它们属于微生物中的古菌，在深海热泉旁利用硫氧化获得能量。只不过生物个体过于细小，被以往的研究所忽视而已。它们之所以在这里生活，是因为深海热泉的环境与地球早期的环境相似。不同纬度、地形和深度的海洋，具有不同的物理及化学条件，因此造就了特色不一、各式各样的海洋生物。

生活在阳光下的人们，决不会对“万物生长靠太阳”这一说法产生怀疑。但是，深海海底“黑暗生物圈”的发现为我们打开了新的视野。“阿尔文”号深潜器在东太平洋发现了近百度的高温环境，海底喷出含硫化物热液，冷却后形成“黑烟囱”耸立于海底。当人们把海底表层的岩石和沉积物原封不动地取上来时，才发现深海底部决非“沙漠”，生物多样性和生物密度可以和陆上热带雨林相比，目前新发现的生物已达10个门类500多个种类。有人将这些五彩缤纷、生机勃勃的海底生物世界称为海底“生命绿洲”。

之所以令人惊讶，不仅在于热液生物群的生物密度比周围海底高1万倍到10万倍，更在于这种生物群赖以生存的能量来源与众不同。热液区的动物群，证明了不仅有在常温和有光的环境下通过光合作用产生有机质的“有光食物链”，还存在着依靠地球内源能量即地热支持，在深海黑暗和高温的环境下，通过化合作用生产有机质的“黑暗食物链”。热液生物群中最有趣的就是3米长的管状蠕虫，这些蠕虫既没有口也没有消化器官，全靠硫细菌提供营养。

3200米的深海底景观

在深海海底根本没有阳光，不可能进行光合作用，而且温度高、压力大，硫细菌从热液中取得地热的能量，支持着特殊的热液动物群。除了蠕虫，还有瓣鳃类、螃蟹等热液生物。热液生物的新陈代谢特别快，远远高于靠阳光生长的生物群，因此个体较大。深海研究的发现结果表明，今天地球上有两类生物群、两种食物链：一类是靠外源能量即太阳能支持的，在常温和有光的环境下靠光合作用产生有机质；另一类则是靠地球内源能量即地热支持，在高温和黑暗的环境下靠化合作用维持。这两类生物群的能量来源和合成有机质的机理完全不同，它提示了我们地球生物起源的途径。地球演化的早期大气属于还原性，不可能有靠光合作用存活的生物群，类似现在的热液生物群、依靠地球内热的生物也许是当时地球上独有的生命群。这类热液生物群在各大洋发现的分布地点已经数以百计，离我们最近的就在冲绳海槽。

海底火山口动物可以证明植物的存在

以前，许多科学家都认为深海海底是永恒的黑暗、寒冷、宁静，不可能存生生命。但是1979年科学家首次在水下2700米深的海底发现热泉，并观察到和已知生命极为不同的奇特生命形式，进而改变了对地球生命进化的认知。科学家分析了深海细菌对温度、盐度、压力、营养等极端环境的适应性机理，证实深海细菌主要通过基因复制来适应极端环境。

热液喷发物含有大量的化学物质和能量，孵育了耐高温、耐高压和分解有毒气体并且不依靠太阳就能生活的大量生物。该生态系统的环境特征被认为与地球生命形成早期的环境特征相似，因此研究热液生命系统中的嗜压、嗜热等极端微生物无疑具有重大的意义。深海细菌对低温、高压的适应有高度的相关性，证实多不饱和脂肪酸在深海细菌低温、高压适应过程中发挥了关键性的作用。科学家们曾在距海平面10 896米以下的海洋最深处，发现了主要由脆弱的软壁单细胞物种构成的生物群落，同时还发现有孔虫的生物群落生活在太平洋马里亚纳海沟的“挑战者”深渊。

有孔虫是单细胞的原生生物，通常有硬壳，主要生活在海洋中。它们在深海环境中很少见，对地质学和生物学具有极为重要的意义。这些新生物体的DNA的分析表明，它们代表一种寒武纪以前的生物原始形式，更复杂的多腔生物是从这些原始形式进化而来的。“挑战者”深渊的深度也许是在过去的600万到900万年前形成的，这些生物体，可能正是能够适应随深度增加而不断增加压力的种群的后代。

科学家曾观测到关岛附近海域的海底火山爆发，那里一座不断喷发岩浆和有毒气体的海底活火山周围竟然生活着多种海洋生物。尽管生存条件极为恶劣，但包括虾、蟹、帽贝和藤壶在内的大批生物在那里茁壮生长。这一发现为科学家研究极端恶劣环境下动物生存提供了线索。这类生物完全是依靠化学自营细菌的初级生产者。同“黑烟囱”喷出的热液里富含硫化氢类似，这样的环境会吸引大量的细菌聚集，并能够使硫化氢与氧作用，产生能量及有机物质，形成化学自营现象。这类细菌会吸引一些滤食生物，或者是形成能与细菌共生的无脊椎动物共生体，以氧化硫化氢为营生来源，从而形成一个以化学自营细菌为初级生产者的生态系。科学家推断不断喷发的火山确实在源源不断地给这里的生命提供养分。

太平洋海底的大头鱼

对于生命是最先诞生于地球表面，还是起源于海洋底部的热泉，目前科学界仍在争论。科学家们认识到氨基酸是构成有机体的最主要成分，而氮又是构成氨的基本成分，因此氮转变成氨就成为生命起源过程中必要的一步。在高温和高压下利用金属矿物作为催化剂，氮分子可以与氢发生还原反应生成由一个氮原子和三个氢原子组成的具有活性的氨分子。作为生命起源的前奏，氮分子向氨分子的转换过程很可能发生在溶解了大量矿物质的海底热泉周围。而一个富含氨分子的环境比一个氮分子占主导的环境，能更有效地满足早期生命起源对氮元素的需求。在800℃以上的环境下，氮元素只有以分子形式存在才能保持稳定，从而排除了早期地球大气中大量产生氨分子的可能。在地球形成的早期，由于小行星的撞击，地球表面温度要超出800℃。海底热泉在地球早期如果能够产生足够的氨分子，通过海洋与大气的水和气体交换，氮分子占主导的早期地球大气中氨分子会逐渐增多。由于氨属于温室气体，能够对地球表面起到保暖作用，这解开了当时在太阳能量不足的情况下，地球上的海洋仍能保持液态的谜团。

科学工作者乘坐潜水器考察大洋中脊和裂谷，同样发现从裂谷底喷涌出来的热泉。冷海水沿裂隙渗入炽热的新生洋壳内部，变成热海水，热海水和洋壳玄武岩之间发生强烈的化学反应。玄武岩中的铁、锰、铜、锌等被淋滤出而进入热海水中，从而喷出富含金属的热泉。由河流带入海洋中的镁、硫酸根，在此过程中大部分被中脊轴部的洋壳所吸收。沿着8万千米长的大洋中脊只需要800万～1000万年，这些与世界海洋等量的海水就可以经过脊轴洋壳循环一遍。它对于海水化学成分的演化，产生了深远的影响。

浅海底景观

我国科学家认为，最重要的深海考察任务和最令人期待的正是对于海底热液及其周围特殊生命现象的研究。科学家们计划在太平洋、大西洋和印度洋的5个已知存在海底热液现象的区域进行进一步深海探测、采集热流“烟囱”周边的硫化物、水体、近海沉积物等样品，对其矿物组成，金属元素含量高低，周边生态现象等进行综合研究，并使研究成果尽可能得到应用。