微藻：特征，分类和应用 - 生物学

该微藻是真核生物，光合自养生物，即从光中获得能量并综合自己的食物。它们含有叶绿素和其他辅助色素，使它们具有很高的光合作用效率。

当它们被确定为聚集体时，它们是单细胞的，殖民地的和丝状的（单生的或殖民的）。它们与蓝细菌（原核生物）一起是浮游植物的一部分。浮游植物是一组被动漂浮或活动能力降低的光合，水生微生物。

图1. Volvox（球形）来源：Frank Fox，通过Wikimedia Commons

从陆地厄瓜多尔到极地地区发现了微藻，它们被认为是具有重要经济意义的生物分子和代谢产物的来源。它们是食物，药品，饲料，肥料和燃料的直接来源，甚至是污染的指标。

特点

以阳光为能源的生产者

大多数微藻是绿色的，因为它们包含叶绿素（四吡咯植物色素），叶绿素是一种光能的光受体，可以进行光合作用。

但是，某些微藻具有红色或棕色，因为它们含有叶黄素（黄色类胡萝卜素色素），可遮盖绿色。

生境

它们栖息在各种甜咸的自然和人工水生环境中（例如游泳池和鱼缸）。有些能够在土壤，酸性生境和多孔（内溶）岩石中，非常干燥和非常寒冷的地方生长。

分类

微藻代表高度异质的群体，因为它是多系的，也就是说，它将不同祖先的物种后代分组。

为了对这些微生物进行分类，已使用了各种特征，其中包括：它们的叶绿素及其能量储备物质的性质，细胞壁的结构以及它们所呈现的迁移性类型。

叶绿素的性质

多数藻类呈现叶绿素A型，少数藻类呈现另一种衍生自其的叶绿素。

许多是专性光养生物，在黑暗中不会生长。但是，有些会在黑暗中生长，并在没有光照的情况下分解单糖和有机酸。

例如，某些鞭毛和绿藻可以使用乙酸盐作为碳和能量的来源。其他化合物则在没有光的情况下（光异养）吸收简单的化合物，而没有将其用作能源。

碳聚合物作为能源储备

作为光合作用过程的产物，微藻可产生各种各样的碳聚合物，这些碳聚合物可作为能量储备。

例如，绿藻科的微藻产生储备淀粉（α-1,4-D-葡萄糖），与高等植物的淀粉非常相似。

细胞壁结构

微藻的壁具有相当多的结构和化学组成。壁可以由纤维素纤维组成，通常添加木聚糖，果胶，甘露聚糖，海藻酸或岩藻酸。

在某些钙质或珊瑚藻中，细胞壁显示出碳酸钙沉积，而其他则具有几丁质。

另一方面，硅藻的细胞壁中有硅，向其中添加了多糖和蛋白质，形成了双向或径向对称的壳（无壳）。这些贝壳在很长一段时间内保持完整，形成化石。

与以前的藻类不同，鳗鱼微藻缺乏细胞壁。

出行类型

微藻可以有鞭毛（如裸藻和鞭毛藻），但从来没有纤毛。另一方面，一些微藻在其营养阶段显示出固定性，但是它们的配子可以移动。

生物技术应用

人畜饲养

1950年代，德国科学家开始大规模培养微藻，以获得可以替代常规动植物蛋白质的脂质和蛋白质，目的是覆盖牲畜和人类的消费。

近来，已经预计大规模种植微藻是与世界饥饿和营养不良作斗争的可能性之一。

微藻具有异常的养分浓度，高于任何高等植物物种中观察到的养分浓度。每日克微藻是补充营养不良饮食的替代方法。

用作食品的好处

使用微藻类作为食物的优势包括：

微藻生长速度快（每单位面积的产量比大豆高20倍）。
当每天消费小剂量的营养补充剂时，它会产生以消费者的“血液学特征”和“智力状态”衡量的收益。
与其他天然食品相比，蛋白质含量高。
高浓度的维生素和矿物质：每天摄入1至3克微藻类副产物，可提供相当数量的β-胡萝卜素（维生素A），维生素E和B复合物，铁和微量元素。
高能量营养来源（与蜜蜂收集的人参和花粉相比）。
建议将它们用于高强度训练。
由于其浓度高，重量轻且易于运输，因此微藻干提取物适合作为不易腐烂的食品存储，以备不时之需。

图2.节肢螺菌是一种广泛使用并大量培养的蓝细菌。资料来源：琼·西蒙（Joan Simon），由维基百科（Perdita，英语维基用户）裁剪而成

水产养殖

由于微藻蛋白含量高（干重从40％到65％），并且能够利用其色素增加鲑鱼和甲壳类动物的颜色，因此被用作水产养殖中的食品。

例如，它被用作双壳类动物在其所有生长阶段的食物。用于某些甲壳类动物的幼体阶段和某些鱼类的早期阶段。

食品工业中的颜料

一些微藻色素被用作饲料中的添加剂，以增加鸡肉和蛋黄的色素沉着，并提高牛的繁殖力。

这些颜料还可以在人造黄油，蛋黄酱，橙汁，冰淇淋，奶酪和烘焙产品等产品中用作着色剂。

图3.管状光生物反应器，用于从微藻中获得高价值的化合物。来源：IGV Biotech，来自Wikimedia Commons

人和兽药

在人类和兽医学领域，微藻的潜力得到了认可，因为：

它们降低了各种类型的癌症，心脏病和眼科疾病的风险（由于其叶黄素含量）。
它们有助于预防和治疗冠心病，血小板聚集，异常胆固醇水平，并且对于某些精神疾病（由于其omega-3含量）的治疗也很有前景。
它们具有抗诱变作用，刺激免疫系统，减少高血压和排毒。
它们具有抗凝血和杀菌作用。
它们增加了铁的生物利用度。
已经产生了基于治疗性和预防性微藻的药物，用于治疗溃疡性结肠炎，胃炎和贫血等。

图4.平面光生物反应器：用于获得高附加值的微藻副产品和进行实验。来源：IGV Biotech，来自Wikimedia Commons

化肥

微藻被用作生物肥料和土壤改良剂。这些光合自养微生物可以迅速覆盖受干扰或烧毁的土壤，从而减少侵蚀的风险。

一些物种支持固氮，例如使数百年来在水淹土地上种植水稻而无需添加肥料成为可能。其他物种用于代替堆肥中的石灰。

化妆品

微藻衍生物已用于配制丰富的牙膏中，可消除引起龋齿的细菌。

还已经开发出包含此类衍生物的乳霜，因为它们具有抗氧化和紫外线防护的性能。

图5.库或菌株中微藻的维持。资料来源：CSIRO

污水处理

Las microalgas se aplican en procesos de transformación de materia orgánica de aguas residuales, generando biomasa y agua tratada para riego. En este proceso, las microalgas aportan el oxígeno necesario a las bacterias aeróbicas, degradadoras de sustancias orgánicas contaminantes.

Indicadores de contaminación

Dada la importancia ecológica de las microalgas como productoras primarias de los ambientes acuáticos, son organismos indicadores de contaminación ambiental.

Además, presentan gran tolerancia a metales pesados tales como cobre, cadmio y plomo, así como a los hidrocarburos clorados, por lo cual pueden ser indicadores de la presencia de estos metales.

Biogas

Algunas especies (por ejemplo, Chlorella y Spirulina), han sido utilizadas para purificar biogás, ya que consumen el dióxido de carbono como fuente de carbono inorgánico, además de controlar simultáneamente el pH del medio.

Biocombustibles

Las microalgas biosintetizan una amplia gama de subproductos bioenergéticos comercialmente interesantes, tales como grasas, aceites, azúcares y compuestos bioactivos funcionales.

Figura 6. Cultivadores de microalgas tipo carrusel, utilizados en cultivo masivo de microalgas para la industria cosmética y de alimentos. Fuente: JanB46, from Wikimedia Commons

Muchas especies son ricas en lípidos e hidrocarburos adecuados para uso directo como biocombustibles líquidos de alta energía, a niveles superiores a los presentes en las plantas terrestres, y también tienen potencial como sustitutos de los productos de refinería de los combustibles fósiles. Esto no es sorprendente, teniendo en cuenta que la mayoría del petróleo se cree que se originó a partir de microalgas.

Una especie, Botryococcus braunii, en particular, ha sido ampliamente estudiada. Se pronostica que el rendimiento del aceite de las microalgas sea hasta 100 veces mayor que el de las cosechas terrestres, de 7500-24000 litros de aceite por acre por año, en comparación con la colza y la palma, a 738 y 3690 litros, respectivamente.

Referencias

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微藻：特征，分类和应用 - 生物学 - 2025

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