海水中的叶绿素

海洋生态系统中的植物主要是一些单细胞藻类和维管植物。单细胞藻类是海洋植物的主体，科学家根据这些藻类的生活习性，把它们分为浮游藻和底栖藻两大类型，其中，浮游藻是海水中叶绿素的主要来源。浮游藻的藻体仅由一个细胞所组成，所以也称为海洋单细胞藻。这类生物是一群具有叶绿素，能够进行光合作用，并生产有机物的自养型生物。它们是海洋中最重要的初级生产者，是海洋中浮游动物（zooplankton）的主要食物，又是养殖鱼、虾、贝的饵料， 目前已在中国海记录到浮游藻1817种。

浮游藻的运动能力非常弱，只能随波逐流地漂浮或悬浮在水中做极微弱的浮动。它们有适应漂浮生活的各种各样的体形使浮力增加。例如：有的浮游藻细胞周围生出一圈刺毛；有的长有长长的刺或突起物，这些附属物增加了藻类与水的接触面，可以产生很大的稳定性，使其能漂浮在有光的表层水中；有的结成群体来扩大表面积便于漂浮，而且它们本身个体很小，也是对漂浮生活的一种很好的适应形式。浮游藻身体直径一般只有千分之几毫米，只有在显微镜下才能看见它们的模样，但其形状各有特色，几乎是一种一个样子。它们多数是单细胞的，也有许多是由单细胞结合起来的群体，有纺锤形、扇形、星形的，有椭圆形、卵形、圆柱形的，还有树枝状的。

在距今约32亿年前的原始海洋里，已经出现了细菌和简单藻类的单细胞生物，例如至今还广泛生活的蓝藻，仍然保留着当初那种原核生物状态。蓝藻的出现，几乎是一件和生命出现同等重要的大事，因为它能够吸收阳光，利用太阳能把溶解在海水里的化学物质变成食物。换句话说，蓝藻的细胞里含有叶绿素，能够进行光合作用，合成蛋白质，放出氧气。到距今18～13亿年前这一段时间里，出现了有细胞核的真核生物——绿藻等。以后接着又有了红藻、褐藻、金藻……它们组成了绚丽多彩的藻类世界。真核生物的出现，预示着一个熙熙攘攘的生命大繁荣时期即将到来。藻类进行光合作用，放出大量氧气，地面上形成臭氧层，减弱了日光中紫外线对生物的威胁力，使水生生物发展到陆地成为可能，也为低等动物的兴起提供了食物。

①衣藻模型图

有些有鞭毛的单细胞生物，如裸藻，能利用鞭毛不停地转动在水中运动，还有能感光的眼点，难怪人们叫它眼虫，说它是动物。但是同时它又有叶绿素，能利用太阳能进行光合作用，为自己制造食物，又是毫不含糊的植物。这种既像动物又像植物具有双重性的现象，充分证明了动植物的共同祖先，就是如同眼虫之类的远古时代的原始单细胞生物。衣藻等较为原始的绿藻是单细胞植物，有眼点和两条鞭毛（图1） ，能够运动，以营养细胞进行繁殖。地质历史时期这类原始性的绿藻发展出了更高级的绿藻和其他藻类。

绿藻广泛分布在流动比较缓慢而且水深较浅的淡水水域里，海洋中只有少数的种类。绿藻的形态结构多种多样，种类繁多，分布广阔，而且繁殖率高，它们构成了地球上各种水域中主要的初级生产者。它们利用阳光和水中的无机营养成分，通过光合作用将二氧化碳合成为有机物，对整个水生态系统的能量流动和物质循环起到了重要的作用。绿藻中最常见的种类是扁藻，它属于海洋浮游单细胞藻类，含有丰富的蛋白质，是海洋中小型动物的良好饵料。它们的叶绿体中除含有叶绿素a外，还含有叶绿素b。叶绿素b的吸收高峰也是在蓝区和红区，分别为470纳米和650纳米，而对于处在500～600纳米的绿光同样很少吸收。褐藻门、硅藻门、甲藻门等都含有叶绿素c，其光吸收高峰是460纳米和640纳米。除此之外，还含有岩藻黄质和甲藻素，它们的吸收高峰是490纳米，这样就使得很大一部分绿光被吸收，所以植物体的颜色就不是纯粹的绿色，而是呈现出褐色和黄色。金藻和硅藻的藻体颜色呈黄色至金棕色，这是因为它们载色体内除了含有叶绿素a，还含有β-胡萝卜素和类似于叶黄素的藻黄素，而且后两种色素的含量较大，因此使藻体颜色偏黄。硅藻的细胞壁含有硅质，整个细胞形状像小盒子一样，通常由两片盖在一起的壳片组成。壳片上有硅质沉积，并且形成各种花纹。硅藻种类繁多，但都是单细胞的浮游植物或底栖植物。硅藻的繁殖率很高，光合作用能力也很强，因此它们是水域、尤其是海洋中的重要生产者。海洋硅藻的繁殖有明显的季节性差异。

海洋中还有一些细胞裸露和不具鞭毛的微细原核自养生物蓝细菌，亦即蓝-绿细菌，一般叫做蓝藻，它们是一个个独立生活的细菌，或数个细菌连在一起。蓝藻的主要特点是细胞里有色素（包括叶绿素），颜色为蓝绿色，有时还带浅红色；同红藻相同，蓝藻中也含有藻胆素，但是以藻蓝素为主，藻蓝素的光谱吸收高峰主要在620纳米附近的黄光，因此蓝藻的颜色表现出来的是蓝绿色。当然，蓝藻中也有含藻红素为主的个别种类，这时蓝藻的颜色就是红色的。红海中就生长着大量的红色蓝藻，而使得海水呈现红色，红海也因此而得名。它们的形态会因环境的不同和生活阶段的不同而不同，有球形、杆形、螺旋形、卵形、链形及丝状等形态。更重要的是，蓝藻能够把水中溶解的氮气转化为硝酸盐和亚硝酸盐等基本的营养物质，所以它们对热带海域浮游植物的光合作用有着重要的意义。因为那里上层海水的温度高，海水难以进行上下对流，深水中的营养物质难以运到表层，蓝-绿菌的固氮能力弥补了这种营养物质的不足。此外，蓝-绿菌还能为珊瑚礁水域增加肥效。