发状念珠藻显微和亚显微结构

3．2．1　发状念珠藻显微和亚显微结构

天然发状念珠藻是一个胶质复合体，发状念珠藻内有许多由念珠状细胞构成的藻丝体（filaments），数目为数百根至数千根。这些藻丝体平行纵向排列，由细胞分泌的胶质物质将其包被构成发状念珠藻（彩色插图4、5）。

在发状念珠藻的一些特定部位，通常是在端结部位，藻丝体聚集成团形成孢子囊样结构，并可从中产生新藻丝体，新藻丝体细胞较小，可以游动到邻近的老藻丝体中（彩色插图6）。

发状念珠藻切片观察表明，包埋藻丝体的胶质物质不是匀质连续的。其外层致密、坚韧、色深，向内则渐稀薄、柔软、透明，在胶质间有许多大小不等的空隙，这些空隙在发状念珠藻干燥状态时比较多而显著，在吸水膨胀时变小、变少或消失。发状念珠藻表面扫描电镜观察表明，其胶质表面呈沟垅状起伏，并有许多裂隙，推测是胶质不断堆积形成（图3－3）。

图3－3　藻体表面扫描电镜照片

发状念珠藻藻体中具有几种不同类型的细胞，分别具有不同的形态特征和功能。

（1）营养细胞（vegetative cell）：具有正常壁层，周质与中央质分明，具正常光合作用的细胞。营养细胞呈球形或椭圆形，有些成为桶形或鼓形，形状不完全一致，长3．9～5μm，宽3．2～3．5μm。

营养细胞的细胞壁具有典型的4层结构。紧挨周质的为一电子通透层，其外为一电子致密层，再外为一电子通透层，最外为具单位膜结构的电子致密层。有些营养细胞的4层结构虽然变得较模糊，两电子通透层出现了低密度的物质，但4层结构还可辨别，此时微纤丝结构与壁相连。处于分裂期的营养细胞以及与异形胞相连的营养细胞，细胞壁4层结构都变得不明显或消失，仅出现一层厚壁结构。厚壁孢子没有4层壁结构，细胞周质外有一电子通透层和其外的一层“单位膜”的电子致密层。因此，细胞壁结构的变化反映了细胞的生理状态和功能的变化。

发状念珠藻营养细胞原生质可分为两个区域：中央是电子易穿透的核质区，外围是电子密度高的细胞质区。核质区是含DNA物质的区域，无染色体结构，分散的DNA纤丝埋在低电子密度的无定形基质内，其外围无核膜包裹。DNA纤丝由于螺旋化程度不同而长度不定，一般为几个到几十纳米。核质区还存在有许多核糖体（ribosome），直径10～15nm，电子密度较大，是蛋白质合成的场所。

细胞质区主要由类囊体（thylakoid）占据，类囊体是一种片层膜结构，其上附有藻胆体（phycobilisomes），藻胆体上含有叶绿素、类胡萝卜素等光合色素，是蓝细菌特有的进行光合作用的细胞结构。类囊体片层的两层膜紧密贴靠，间隙10 nm左右。细胞质区中还含有一些颗粒状结构，分别为：

①储存性颗粒：包括多糖颗粒，分布于类囊体片层间，中等电子密度，直径约20nm；分散存在的脂滴（lipiddroplets），直径20～50nm，是高度嗜锇的球形颗粒。

②蓝细菌颗粒（cyanophycingrannles）：球形或不规则，大小不等，直径几百纳米，是与氮代谢有关的储藏颗粒，已证明是天冬氨酸和精氨酸的共聚物。

③多聚磷酸颗粒（polyphosphategrannles）：为磷酸聚合物，直径为几百到上千纳米，具异染特性，可同亚甲基蓝染成红色，其功能尚不明确，可能在磷限制条件下可以提供细胞生长所需的磷酸盐。

④多面体（polyhedralbodies）：中等电子密度，直径200～300nm，通常只存在于核质区。研究认为它是一个含有卡尔文循环关键酶（1，5－二磷酸核酮糖羧化酶）的囊袋，由一层单位膜包裹。

（2）异形胞（heterocyst）：体积比营养细胞略大，成球形，直径约5．5μm，细胞壁较营养细胞厚，细胞质均匀且折光性较强。异形胞出现在藻丝顶端（端位）或存在于藻丝营养细胞间（间位）。异形胞通常相隔数十个或更多个营养细胞出现，与藻丝体的繁殖和固氮作用有关。

蓝细菌中异形胞细胞壁与营养细胞具有相同的4层结构，但其细胞壁外有一包被套层（envelopecoat），该包被可分为三层，分别是片状层（L层）、同质层（H层）和纤维层（F层），各层的相对厚度及样式在异形胞分化的不同阶段表现出一定差异。

成熟异形胞核质不明显，细胞质中无蓝细菌颗粒、多聚磷酸颗粒、多面体和储存性颗粒等。异形胞中核糖体分散于整个细胞中，因而密度较营养细胞低。

（3）藻殖段（Hormogonia）：念珠藻中普遍存在着两个重要的个体发育阶段，即营养藻丝体和藻殖段。藻殖段的特征是比营养细胞小，缺乏异形胞，可以移动，藻丝短而直。藻殖段光合能力高于营养藻丝体，当弱光照射时，发状念珠藻的营养藻丝体会断裂为藻殖段。藻殖段具有可移动性，在具有较高的光合作用的同时，可以在包裹着的胶质鞘内移动，以保持藻丝体在胶质鞘内均衡地排列。藻殖段在较高的温度下仍能保持一定的光合放氧活性，和发状念珠藻正常生长繁殖要求较高的温度的生态特性相一致，在高温季节（7～9月份），藻殖段的分化既有利于发状念珠藻的繁殖又可使发状念珠藻度过不利的生活环境。

（4）厚壁孢子（akinete）：发状念珠藻中还可见到一些游离于藻丝体之外的厚壁孢子。厚壁孢子位于藻丝中时，光镜下难以将其与营养细胞区分；当其游离于藻丝外时则极易辨认。厚壁孢子是一种休眠结构，并与藻丝体的繁殖有关。厚壁孢子分化中常有细胞壁加厚，壁外形成两层结构的纤维质套层，内层电子密度低，外层电子密度较大。成熟的厚壁孢子类囊体大多数是片断的，分散在细胞中，可看到核质区存在蓝细菌颗粒显著积累，多聚磷酸颗粒有或无，有核糖体、储存性颗粒存在。

（5）特殊细胞：除以上三类细胞外，刘明志等在人工培养的发状念珠藻中还观察到两类特殊的细胞。一种为比营养细胞小得多的小细胞，为圆形、椭圆形或长椭圆形，直径约为营养细胞的1／6，无胶质鞘，位于藻丝体之间，包埋于胶质鞘内。小细胞内均匀地分布小颗粒，有可能是蛋白质和糖原颗粒。这些小细胞可能与抗逆性相关。另一种细胞与营养细胞位于同一空腔内，呈香蕉形，具较多“假空泡”，紧挨营养细胞或有一定距离。这种细胞分泌很多微纤丝结构，用于构建胶质鞘，因此与胶质鞘形成有关。