Vi khuẩn lam là nhóm sinh vật có khả năng quang hợp và cố định đạm, sinh sống trong nhiều môi trường sống khác nhau, kể cả đất đá hay nước. Trong nhóm này, các sinh vật quang hợp có màu là cyanophycin, allo-phycocyanin và erythro-phycocyanin. Tản của chúng biến động từ đơn bào tới tế bào dạng sợi hay dị bào dạng sợi. Chúng cố định nitơ trong khí quyển trong các điều kiện ưa khí hay kị khí bằng các dị bào.

Cố định nitơ

Vi khuẩn lam bao gồm các loài đơn bào hoặc sinh sống thành tập đoàn. Các tập đoàn có thể tạo thành dạng sợi, tấm hay các quả cầu rỗng. Một số tập đoàn dạng sợi có khả năng phân lập thành nhiều kiểu tế bào có vai trò khác nhau, bao gồm các tế bào sinh dưỡng; tế bào thông thường; tế bào quang hợp, được hình thành trong các điều kiện thích hợp; chẳng hạn các akinete là dạng bào tử chịu đựng điều kiện khí hậu có thể hình thành khi các điều kiện môi trường trở nên khắc nghiệt; hay các dị bào có vách dày chứa enzym nitrogenaza là thiết yếu cho quá trình cố định đạm. Các dị bào cũng có thể hình thành trong các điều kiện môi trường thích hợp (thiếu ôxy) khi nitơ được cố định là hiếm có. Các loài tạo dị bào là chuyên biệt hóa cho việc cố định đạm và có khả năng chuyển hóa nitơ tự do dạng khí thành amoniac (Bản mẫu:Nh3), nitrit (Bản mẫu:No2-) hay nitrat (Bản mẫu:No3-), là dạng mà thực vật có thể hấp thụ và chuyển hóa thành protein và các axit nucleic (nói chung các loài thực vật không có khả năng hấp thụ và chuyển hóa trực tiếp nitơ tự do trong khí quyển, ngoại trừ các loài có quan hệ [nội] cộng sinh với vi khuẩn cố định đạm - như các loài trong họ Đậu (Fabaceae)).

Các ruộng lúa sử dụng các quần thể vi khuẩn lam cố định đạm (như Anabaena - vi khuẩn lam cộng sinh với dương xỉ thủy sinh là bèo tấm (Azolla)) như là nguồn cung cấp phân đạm[10].

Hình thái học

Nhiều loài vi khuẩn lam tạo thành các tế bào ở dạng sợi có khả năng di động, gọi là hormogonium, có thể tách ra khỏi sinh khối chính để sinh sôi và hình thành các tập đoàn mới ở nơi khác. Các tế bào trong hormogonium thường mỏng hơn so với các tế bào ở trạng thái sinh dưỡng, và các tế bào ở bất kỳ đầu nào của chuỗi di động đều có thể thon nhỏ. Nhằm tách ra khỏi tập đoàn cha, hormogonium thường đứt ra ở tế bào yếu hơn cả trong sợi, gọi là necridium.

Mỗi tế bào riêng rẽ của vi khuẩn lam thường có vách tế bào dày dạng keo gelatin. Chúng không có lông roi (tiên mao), nhưng các hormogonium của một số loài có thể di chuyển bằng cách trượt dọc theo các bề mặt. Nhiều dạng sợi đa bào của Oscillatoria có khả năng chuyển động theo dạng sóng; với sợi dao động tới và lui. Trong các cột nước một số vi khuẩn lam trôi nổi bằng cách tạo ra các bọng khí, như ở vi khuẩn cổ (Archaea). Các bọng này không là các cơ quan tử như vậy. Chúng không bị ràng buộc bằng các màng lipit mà là bằng một màng protein.

Một số loài vi khuẩn lam đóng góp đáng kể vào sinh thái học và chu trình ôxy toàn cầu. Loài vi khuẩn lam biển nhỏ bé thuộc chi Prochlorococcus được phát hiện năm 1986 chiếm trên 50% khả năng quang hợp của đại dương mênh mông[11]. Nhiều loài vi khuẩn lam thậm chí còn thể hiện khả năng tạo nhịp điệu sinh học ngày đêm, một khả năng mà từng có thời người ta cho rằng chỉ có ở các sinh vật nhân chuẩn.