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轮藻分类探讨，需深入细胞层面，聚焦其独特特征。
轮藻细胞中，小形盘状或椭圆形的色素体，包含叶绿素a和b、β胡萝卜素、叶黄素和其他类胡萝卜素，展示其光合作用的卓越能力。
轮藻无蛋白核，同化产物为淀粉，且细胞内含有显著的中央空泡。成熟的细胞中，卵配生殖过程尤为显著，生殖器官发达，具藏精器和藏卵器，位于小枝的节上或小枝轮基部，成熟时颜色鲜艳，多为橘红色或金褐色。
精细胞具有2条等长的鞭毛，顶生偏于一侧。有些种类在地下假根部分的节上产生珠芽，进行营养繁殖。现今的分类体系，采用J.格罗夫斯和R.D.伍德提出的纲、目和科的分类系统。
现存轮藻科分为1纲、3目（直立轮藻目、右旋轮藻目、左旋轮藻目），现存仅左旋轮藻目的轮藻科，包含6属，约400种，中国报道的有150多种。这些轮藻广泛分布于淡水或半咸水中，稻田、池塘、湖泊、沼泽中尤为常见。
轮藻科的现存分类体系，代表了当前对轮藻演化趋势的两种看法。70年代以前，以格罗夫斯为代表，认为轮藻的器官形态演化趋向为从小枝的等势分叉到单轴式分叉、不分叉，茎和小枝从无皮层到具不完全皮层再到具完全皮层，藏精器从位于藏卵器上方到并列再到位于下方，藏卵器的冠细胞从双层到单层。
而R.D.伍德等人则提出了相反的看法。我国常见的轮藻属（Chara）、丽藻属（Nitella）和鸟巢藻属（Tolypella）等，是轮藻多样性的代表。
轮藻门仅一纲，轮藻纲Charophyceae，轮藻目Charales。常见者为轮藻属和丽藻属。 藻类植物的1门，大型沉水植物。植物体具有类似根、茎、叶的分化。茎有节和节间之分，在节上轮生有相当于叶的小枝，有些种类体外被有钙质或胶质。