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【地球生物全系列——从单细胞到人类】绿藻门—共球藻纲

绿藻门—共球藻纲

共球藻纲(学名:Trebouxiophyceae)是藻类中绿藻门一纲。其在绿藻中的分类地位目前还不清楚,需要更多较高层级的遗传学研究数据来确定。

本纲包括以下五个目:

小球藻目 Chlorellales

Microthamniales

Oocystales

Phyllosiphonales

溪菜目 Prasiolales

共球藻目(英语:Trebouxiales Trebouxiales

Trebouxiophyceaeordo incertae sedis

1.小球藻目

小球藻目(Chlorellales)是一种绿藻,属于绿藻门共球藻纲。

截至2018321日,本目之下现时包括四个科:

小球藻科[3]Chlorellaceae Brunnthaler,1913

小球藻目科地位未定(Chlorellales incertaesedis

Ankistrodesmopsis

Picochlorum

Ctenocladaceae

Eremosphaeraceae

Koliellaceae

Leptosiraceae

另外,Oocystaceae科原为本目分类单元,现时已独立出来成为共球藻纲之下的Oocystales目。

2.小球藻科

小球藻科(学名:Chlorellales)是一种绿藻,属于绿藻门四胞藻纲小球藻目。

截至2018322日,WoRMS纪录本科包括下列约50个属:

Acanthosphaera Lemmermann,1899

Actinastrum Lagerheim,1882

Apatococcus F.Brand,1925

Apodococcus F.Hindák,1984

Auxenochlorella (I.Shihira& R.W.Krauss) T.Kalina & M.Puncochárová, 1987

Catena Chodat,1900

绿球藻属 Chlorella M.Beijerinck,1890

Chloroparva Somogyi,Felfoldi & Voros, 2011

Closteriopsis Lemmermann,1899

Compactochlorella L.Krienitz,C.Bock, K.Kotut & T.Pröschold, 2012

Coronastrum R.H.Thompson,1938

Cylindrocelis Hindák,1988

Dicellula Svirenko,1926

Dicloster C.-C.Jao,Y.S.Wei & H.C.Hu, 1976

Dictyosphaerium Nägeli,1849

Didymogenes Schmidle,1905

Fissuricella R.S.Pore,R.F.D'Amato & L.Ajello, 1977

Follicularia W.W.Miller,1924

Geminella Turpin,1828

Gloeotila Kützing,1843

Golenkiniopsis Korshikov,1953

Hegewaldia T.Proschold,C.Bock, W.Luo & L.Krienitz, 2010

Helicosporidium D.Keilin,1921

Heynigia C.Bock,Proschold & Krienitz, 2010

Hindakia C.Bock, Proschold & Krienitz, 2010

Kalenjinia L.Krienitz,C.Bock, K.Kotut & T.Pröschold, 2012

Keratococcus Pascher,1915

Kermatia T.Kalina& M.Puncochárová, 1987

Leptochlorella Neustupa,Veselá, Nemcová & Skaloud, 2013

Marasphaerium L.Krienitz,C.Bock, K.Kotut & T.Pröschold, 2012

Marinichlorella Z.Aslam,W.Shin, M.K.Kim, W.-T.Im & S.-T.Lee, 2007

Marvania F.Hindák,1976

Masaia L.Krienitz,C.Bock, K.Kotut & T.Pröschlod, 2012

Meyerella Fawley& K.P.Fawley, 2005

Micractinium Fresenius,1858

Mucidosphaerium C.Bock,Proschold & Krienitz, 2011

Muriella J.B.Petersen,1932

Nannochloris Naumann,1921

Nanochlorum C.Wilhelm,G.Eisenbeis, A.Wild & R.Zahn, 1982

Palmellochaete Korshikov,1953

Parachlorella L.Krieniz,E.H.Hegewald, D.Hepperle, V.A.R.Huss, T.Rohr & M.Wolf, 2004

Planktochlorella P.Skaloud& Y.Nemcová, 2014

Podohedra Düringer,1958

原孢囊藻属 Prototheca W.Krüger,1894

Pseudochloris B.Somogyi,T.Felföldi & L.Vörös, 2013

Pseudosiderocelopsis Massalski,Mronzinska & Olech, 1999

Raphidonema Lagerheim,1892

Siderocelis (Naumann)Fott, 1934

3.绿球藻属

绿球藻属(学名:Chlorella)是共球藻纲小球藻科之下的一个单细胞绿藻的属,是一种于水面浮生的植物。绿球藻属物种能够在简单环境里通过光合作用迅速繁殖,只需要提供足够的二氧化碳、水、阳光和少量矿物质。

本属物种为常见营养补充品绿藻常用的物种。现时全球规模最大的绿球藻养殖基地位于琉球八重山群岛。另外,本属物种过往及现在亦同时用于治理污水、以及试图利用人类的小便来培养本属物种(包括Chlorella sorokiniana[4]Chlorella vulgaris)。

本属某些物种可能导致人畜共患疾病,即绿球藻病(Chlorellosis),主要感染绵羊与牛,个案报告也见于人、羚羊、狗、河狸、骆驼和鱼。

绿球藻的学名Chlorella来自于希腊语字根 χλώροςchloros,绿色)和拉丁语的后缀ella(小)。

1)发现与研究历史

绿球藻是由荷兰微生物学者马丁努斯·威廉·拜耶林克于1890年间在河流湖泊中发现;而1931年获诺贝尔生理学或医学奖的癌症研究权威的德国生物化学家及细胞生理学家奥托·海因里希·瓦尔堡是第一个以绿藻进行生物学研究的学者。1961年,美国加州大学的梅尔文·卡尔文以绿球藻研究植物中二氧化碳同化的途径而荣获诺贝尔化学奖。

2)型态与特征

绿球藻顾名思义有着球形的外型,直径约210微米,没有鞭毛,但有细胞壁,由多层纤维素框架组成。绿球藻属物种细胞有叶绿体和和散落在细胞质的线粒体。叶绿体含有绿色光合色素叶绿素-a-b,其比例与一般高等植物相同[9]

3)分类学

绿球藻属物种的单系性仍然存疑:尽管其父系分类单元已不断将关系较远的物种分出去,现时的绿球藻仍然被认为是一个并系群,包含不少因为趋同效应而有着相似型态的物种。

目前普遍同意为本属成员的物种有24个,以下为当中部分物种:

Chlorellaautotrophica

Chlorellacoloniales

椭圆小球藻 Chlorellaellipsoidea

Chlorellalewinii

小绿球藻 Chlorellaminutissima

Chlorellapituita

Chlorellapulchelloides

蛋白核小球藻 Chlorellapyrenoidosa

Chlorellarotunda

Chlorellasingularis

Chlorellasorokiniana

Chlorellavariabilis

Chlorellavolutis

普通小球藻 Chlorellavulgaris(又称茯加力藻)

4)食用

许多人认为绿球藻可以作为食物和能源的潜在来源,因为它的光合效率(英语:photosynthetic efficiency)理论上可以达到8%,超过其他诸如甘蔗之类的高效作物。

早在1960年代,《人民日报》引述中国科学院水生所的研究,发现绿球藻属物种的蛋白质含量高达30%以上,可治疗当时中国国民因为长期营养不良而导致的浮肿病。196010月,秘书胡乔木呈书毛泽东称,推广绿球藻,既可治浮肿,又能保证不饿死人19601027日毛将胡乔木的信批转全国,开始大力推广,大规模用人尿来培植绿球藻。事实上,干燥的绿球藻属物种的蛋白质含量可高达45%,还有20%脂肪酸,20%碳水化合物,5%食用纤维,10%矿物质及维生素。因此现时已有健康食品生产商在大型的人造圆塘大量生产绿球藻以供食用。

当科学家首次大规模的收获养殖的绿球藻时,认为这些绿球藻将会是人类饮食中廉价的蛋白质补充剂的来源。一些倡导者有时专注于藻类的其他假定的健康益处,例如体重控制、癌症预防和免疫系统支持(英语:immune system enhancer)等。据美国癌症协会声称:可用的科学研究不支持其预防或治疗癌症或任何其他人类疾病的有效性。

在某些生长条件下, 小球藻能够产生多元不饱和脂肪含量高的油小绿球藻(Chlorellaminutissima)可生产二十碳五烯酸,而且比例还占总脂质的39.9%

在全球担心在1940年代末到1950年代初期的婴儿潮人口爆炸期,由于担心人口不受控的增长会引发粮食危机,绿球藻被视为新的和有前途的主要食物来源,并且是当前世界饥饿危机的可能解决方案。在此期间许多人认为饥饿将是一个压倒性的问题,并认为小球藻通过以相对较低的成本提供大量优质食物来结束这场危机。

许多机构开始研究藻类,包括卡内基研究所(英语:Carnegie Institution of Washington)、洛克菲勒基金会、美国国立卫生研究院、加州大学伯克利分校、原子能委员会和斯坦福大学。第二次世界大战之后,许多欧洲人正在挨饿,而不少马尔萨斯主义者(英语:Malthusianism)认为战争不是发生饥荒的主因。他们认为:全球粮食生产无法追上人口的增加,才是饥荒的主要成因。根据1946年一份FAO的报告,预期在1960年将要生产出比1939年的粮食产量多2535%,才能赶上人口上的增长;而若要确所有人的健康,这个比例更要上调至90100%

1965年,前苏联俄罗斯的CELSS(英语:ControlledEcological Life Support System)实验场所BIOS-3以大桶在人造光下养殖绿球藻,以去除实验场所内的二氧化碳,并为内里的人提供氧气。实验确定,只要有8平方米的暴露绿球藻面积,就可以为一个在密封环境内的成人去除其排出的二氧化碳,并替代以其所需的氧气。

5)替代医学

绿球藻在美国和加拿大主要被作为健康补充剂销售,而在日本则作为食品补充剂[18] 绿球藻有一些声称的健康影响,包括:治疗癌症的能力。然而,根据美国癌症协会(英语:American Cancer Society)的报告,现有的科学研究不支持其预防或治疗癌症或任何其他人类疾病的有效性

6)健康问题与绿球藻病

2002年曾有一项研究发现认为:绿球藻的细胞壁含有脂多糖,是一种在革兰氏阴性菌中发现的内毒素,会影响免疫系统、并可能导致炎症。然而,较近期的研究认为:在革兰氏阴性菌以外的生物体发现的脂多糖,例如在蓝绿菌中的脂多糖与革兰氏阴性菌中的脂多糖明显不同。

本属某些物种可能导致人畜共患疾病,即绿球藻病(Chlorellosis),主要感染绵羊与牛,个案报告也见于人、羚羊、狗、河狸、骆驼和鱼。

7)水族箱

当水族箱内有绿球藻,可令水的颜色变绿、降低水的透光度。这是由于在水族箱内其他生物排出的高浓度硝酸盐和磷酸盐,在阳光直接照射下有助绿球藻生长。通过不断补充新水,逐步替换水族箱内的水,有助减低水族箱内硝酸盐和磷酸盐的浓度;为水族箱遮光,亦能帮助缓解问题。

4.原孢囊藻属

原孢囊藻属(学名:Prototheca)是绿藻的一个属,归类于绿藻门共球藻纲小球藻目小球藻科。

本属物种目前被归类为绿藻,但它们都因丧失了叶绿体而失去光合作用能力,必须寄生于其他生物。某些原孢囊藻可导致动物和人类疾病,称原孢囊藻病。严重感染可导致败血症而致死。

原孢囊藻的学名Prototheca来自于拉丁语 proto- (意为原始)和theca (意为)。

原孢囊藻病(英语:Protothecosis)是由原孢囊藻(英语:Prototheca)引起的罕见感染性疾病,属于一种人畜共患疾病,在狗,猫,牛和人中均有发现。原孢囊藻是由一类广泛存在于自然界的单细胞生物微藻(英语:microalgae),因缺乏叶绿体而不能自养,必须寄生于其它生物。原孢囊藻病可以是局部的或播散性的,可以是急性的或慢性的,以后者更为常见。

人类原孢囊藻病分为皮肤原孢囊藻病、肘关节(鹰嘴)滑囊炎和播散性原孢囊藻病。无论免疫能力正常或免疫抑制的人群均可感染,但免疫受损的个体往往发生更严重和更广泛的感染。目前发现的主要致病株为魏氏原孢囊藻(Prototheca wickerhamii)和左氏原孢囊藻(Prototheca zopfii)。诊断主要依靠组织病理学检查结合实验室培养。抗真菌药物为首选治疗,常用的药物包括酮康唑,伊曲康唑,氟康唑和两性霉素B,其中,两性霉素B效果最好。少数患者需要外科清创或引流。

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