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第4章 海洋生命之源:海洋植物(3)

根据生活习性,海藻可分为两大类:附着、定生生活的物种只能分布在潮间带、浅海内。这类海藻包含有微小的单细胞藻体和大型的多细胞体。大型藻体中褐藻门的巨藻被认为是海藻中个体最大的物种;在海水中营漂浮生活的海藻物种(马尾藻海中马尾藻除外)的个体都是非常微小的,它们的个体大小是以微米来计量的。因此,只有在显微镜下,乃至电子显微镜下才能看清它们的面目。这类海藻虽然能在海水中营漂浮生活,但也只能分布在水深200米以内的水层中。因为所有的海藻物种必须获得日光才能进行光合作用,在黑暗的环境中它们是无法生活的。附着、定生生活的海藻的初级生产力对食物链的贡献、在海洋生态系统中所发挥的作用等都远不如营漂浮生活的海藻,后者虽然个体微小、生长周期短,但繁殖快、数量大,是生活在辽阔的大洋水体内次级生产者(浮游动物、鱼和虾的幼期和其他动物的幼虫等)的直接饵料,成为海洋生态动力学的主要能源。

海洋植物的繁殖

自然界的生物都有一个传宗接代的问题,但传宗接代的方式是各不相同的。海洋植物的生殖方式大体上可分为营养繁殖,无性繁殖和有性繁殖三种。

1.营养繁殖

当单细胞的海洋植物长到一定大小时,就会进行细胞分裂,由一个细胞分成两个。这两个细胞逐渐长大,成为新的藻体,这种生殖方式我们称它为营养繁殖。有的多细胞藻类也能进行营养繁殖,一般是藻体生长到一定时期可以断裂成若干部分,每个部分各自可以生长成新的藻体。例如,当石莼生长在河口的水中时,从原藻体上断裂下来的碎片,可以继续生长成新的藻体。还有的如紫菜和石莼,当把它们的藻体磨碎后,将分离出来的营养细胞进行培养时,也能长出小的藻体。这些也称为营养繁殖。

2.无性繁殖

海藻在进化过程中,繁殖新个体的能力渐渐地集中在体的某一部分,于是就形成了无性繁殖器官——孢子囊,在孢子囊中产生了许多孢子。孢子是一种无性的生殖细胞,它成熟后,从孢子囊中放散出来,不必经过受精作用,在水中就能够直接发育成新的藻体。这种生殖方式叫无性生殖,也叫孢子生殖。

海藻的孢子分为两种,有的孢子生有两根或四根鞭毛,有时可生许多纤毛,这些孢子都能够在水中游动,所以叫游孢子。在水中不能游动的称为不动孢子。游孢子和不动孢子都能直接萌发成新的藻体。

3.有性繁殖

植物界最先出现的细胞分裂是一种无性的繁殖形式,后来在进化过程中,又出现了有性繁殖。有性繁殖对植物进化起了重大作用。

有性繁殖是植物有机体在繁殖过程中,有性行为发生。所谓性行为,就是指两个细胞(配子)结合起来,变成一个新的细胞(合子),然后由合子再发育成为新的个体。

海洋植物的有性繁殖可分为同配、似配和卵配三种。“配”指的是配子,配子是一种有性生殖细胞。配子有雄、雌之分,它们的形状与游孢子相似。由大小、形状相同的配子相结合的称为同配。由两个大小不等,形状相同、能活动的配子相结合的称为似配。两性的配子有明显的区别。雄配子的体形较小,生有鞭毛,能够在水中游动,通称为精子。雌配子的体形较大,体内贮藏有丰富的营养物质,通称为卵子。精子与卵子相结合而成为受精卵,受精卵萌发为新的植物体,这种方式通称为卵配。

有的藻体同时具有有性繁殖和无性繁殖的方式,这两种方式常常是相互交替的。孢子体(无性)和配子体(有性)交替形成的现象在海藻中是普遍存在的,这种现象叫世代交替。海藻有性生殖的出现,使海藻的生活史更加复杂起来,丰富了新生植物对环境的适应性,并为新生植物的生存创造了有利条件。

海藻的繁殖因种类不同而各有特点,现分别将绿藻中的浒苔、褐藻中的海带、红藻中的紫菜的繁殖过程介绍如下:

浒苔在繁殖过程中,无性繁殖和有性繁殖都有。浒苔的无性繁殖是:藻体(孢子体)成熟后,其中的一部分形成孢子囊,孢子囊中的细胞进行分裂,形成游孢子。游孢子似梨形,顶生四根鞭毛。游孢子成熟后,藻体表面上形成小突起,然后孢子放出。游孢子游动几个小时后,遇到岩石、砂砾等就附着在上面,先失去鞭毛,再形成球形,分泌出细胞壁,几天后萌发成新的藻体即配子体,配子体逐渐长大,外形与孢子体相同,到成熟时,由藻体边缘细胞先分裂产生配子囊,由配子囊中产生雌雄配子。配子呈卵形,顶端有两根鞭毛,成熟后,配子从配子囊膜孔中逸出,雌雄配子相互结合,鞭毛就消失,成为球形,然后萌发成膜状的幼体,幼体再逐渐生长,就成为单层细胞的管状体,即成体浒苔。

浒苔生活史中有孢子体世代与配子体世代。孢子体与配子体在外形上不易区别,所以称为等世代交替。

海带在繁殖过程中,无性繁殖和有性繁殖都有。我们见到的海带是海带的孢子体,在海带孢子体生长成熟后,叶片表面产生大块突起,通常叫孢子囊群,它是由无数个孢子囊生在一起而得名的。孢子囊,也叫子囊斑。在自然条件下,孢子囊群一般在秋季出现,当水温降至21~22℃左右时,孢子囊群就开始发生。此外,春季也能形成孢子囊群。一般在4、5月内发生。用夏苗筏培养的海带6月份也能在全叶片上产生孢子囊群。各个地区海带孢子囊群出现的日期不同,说明孢子囊群的形成和温度、光线等环境条件有关。一般认为15~20℃时是形成孢子囊群的适宜温度。

孢子囊最初出现在叶片背光面,后来成片状突出于叶的表面。孢子囊是由部分表皮细胞发育而成的,一个孢子囊由一个表皮细胞发育而成。孢子囊与孢子囊之间有隔丝,孢子囊与隔丝都直立在表皮细胞上,每个细胞都含有色素粒,所以孢子尚未脱离母体时,孢子囊呈褐色。隔丝呈棒状,比孢子囊长。隔丝顶端细胞膜特别厚,称为粘质帽,每个孢子囊里有32~64个游孢子(离开孢子囊能在水中游动)。游孢子为单个细胞,梨形,肉眼看不到。游孢子离开孢子囊后靠两根不等长的鞭毛游动于海中,游动一段时间(一般在2小时左右,温度低时游泳时间延长)后,便附着在物体上,不久失去鞭毛,变成圆球状,以后渐渐发育成雌雄配子体。雄配子体一般由数个细胞组成。通常一个雌配子体只产生一个卵囊,卵囊内产生一个卵,卵成熟后,附着于空卵囊的顶端。成熟的雄配子体一般呈放射形的数个分枝。每个分枝由一个到数个细胞组成,尖端变成精子囊,由精子囊产生一个几乎无色的精子。精卵结合而成为合子。合子经过细胞分裂而成小海带。小海带从秋后在海里长到第二年的6~7月份,长成大海带。当海带长大成熟后,又再放散出孢子产生后代。老一代海带叶片放散孢子后就开始腐烂,只留下叶柄上部的生长部。生长部是进行细胞分裂的部分。它在适宜的条件下,还能继续生长,到第二年夏天又产生孢子,以后就腐烂死亡。

近年来,山东海洋学院已成功地培育出海带单倍体,就是说,不需要雌雄配子体结合,只单独培养雌配子体或雄配子体就可以长成大海带。海带单培体培育的成功,对海藻遗传育种提供了新的途径。具有重大的意义。

紫菜的繁殖方法是:每年的2、3月后,藻体边缘的营养细胞便变成雌雄不同的生殖细胞(有的雌雄同体,有的雌雄异体),雌细胞区域呈赭色,雄细胞区域呈白色。雌细胞也叫果孢,果孢成熟后,与叶面成直角,果孢两端突起,叫原始受精丝。雄细胞内的精子脱离母体后,成圆球状,无色素,无鞭毛,不能运动,只能靠水的运动而将精子带到雌性细胞上,通过受精丝而受精。雌性细胞受精后,经过细胞分裂而产生果孢子。果孢子呈球形,在水中脱落后,随水漂流,若遇到牡蛎壳及其他含有石灰质的附着物时即附着在上面,并钻到贝壳里生长,逐渐蔓延到贝壳的全部。在显微镜下观察时,它们不呈叶状,而是呈细的丝状分枝,称为丝状体或壳斑藻。壳斑藻经过夏天的高温,到秋季海水温度下降到20℃以下时,壳斑藻又可产生一种孢子,叫壳孢子,壳孢子呈圆球状,成熟后,从贝壳中放出来,附着在一定的物体上生长成紫菜。紫菜在一定的条件下,还可以产生单孢子,同时又在不断地死亡。紫菜的种类很多,因环境不同,繁殖期和生长期也各有不同。

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