共生

高冰

【摘 要】葉綠體是可進(jìn)行光合作用真核生物一種重要細(xì)胞器，我們?cè)诖罅康挠^測(cè)數(shù)據(jù)中已經(jīng)得知，葉綠體是一種半自主性細(xì)胞器，它的遺傳信息傳遞方式，它的特異性行為，都無(wú)不在我們傳遞這樣一個(gè)信息：葉綠體并不簡(jiǎn)單，或許，是數(shù)億年前的一場(chǎng)貪婪吞噬造就了而今的綠色海洋。

【關(guān)鍵詞】葉綠體;DNA;藍(lán)藻;共生

【中圖分類(lèi)號(hào)】F719 ? ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】2095-3089（2019）18-0262-02

一、引言

在絕大多數(shù)資料中都清晰的記述著這樣一句話(huà)：葉綠體是半自主性細(xì)胞器。葉綠體的半自主性究竟表現(xiàn)在哪些方面？為何葉綠體會(huì)具有這樣的特赦，而非高爾基體、中心體、核糖體？葉綠體的這些特質(zhì)是否與其起源有一定的聯(lián)系？

懷著這樣的疑惑我們對(duì)葉綠體展開(kāi)了如下研究。

二、葉綠體半自主性的檢驗(yàn)

1.提取紅藻葉綠體。

（1）高壓法破碎紅藻細(xì)胞取500ml培養(yǎng)至對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的紅藻細(xì)胞，離心（1000g，4℃，10min）。細(xì)胞沉淀用新鮮培養(yǎng)液洗滌2次，離心（條件同上）。細(xì)胞沉淀中加入冰上預(yù)冷的15ml破碎緩沖液，小心捶打混勻后轉(zhuǎn)移至50ml離心管中。用高壓破碎器將紅藻細(xì)胞進(jìn)行破碎，破碎條件為：壓力（250Pa），時(shí)間（3.5min）。破碎后顯微鏡下觀察細(xì)胞形態(tài)以判斷破碎的程度。收集破碎后的細(xì)胞，短暫離心（1500g，4℃，30s），棄掉上清。沉淀中加入7ml破碎緩沖液充分混勻，作為葉綠體粗提液。

（2）蔗糖密度梯度離心將粗提液加在蔗糖密度梯度（30%、45%和60%）上，水平轉(zhuǎn)子離心（30000g，4℃，50min），小心吸取收集45%和60%之間的綠色條帶，用3倍體積的破碎緩沖液洗滌收集物，離心（3000g，4℃，10min），沉淀即為紅藻細(xì)胞的葉綠體部分。液氮中保存?zhèn)溆谩?/p>

2.葉綠體完整性的檢測(cè)。

用KI-I2溶液染色后在顯微鏡下觀察葉綠體的形態(tài)和顏色變化以判斷葉綠體的完整性。

3.葉綠體DNA行為檢測(cè)。

（1）在放射性標(biāo)記的脫氧核苷酸培養(yǎng)液中培養(yǎng)得到的葉綠體24h。

（2）取制備好的樣品，加人600μl預(yù)熱的（65C）CTAB緩沖液，混勻后65C孵育1h，期間上下顛倒混勻數(shù)大;隨后加人600μl酚-氧仿異戊醇抽提液，14000xg離心10min，將上清轉(zhuǎn)移至新的離心管中，加人1μg/ml Rnase，37C孵育10min;加人酚氧仿-異戊醇再次抽提，14000xg4 C 離心10 min;將上清小心移人新的離心管中，加人0.8倍異戊醇或2倍體積的無(wú)水乙醇，室溫放置8-12 min.14 000x8離心20 min收集沉淀;分別用70% .80%的乙醇洗滌沉淀2次，自然干燥后溶于50μl TE.-20C保存?zhèn)溆谩?/p>

（3）檢測(cè)所得葉綠體中DNA的放射性濃度。

三、葉綠體同源查證

1.采用PCR鏈?zhǔn)椒磻?yīng)擴(kuò)增葉綠體DNA循環(huán)30次。

2.截取16rDNA PCR擴(kuò)增產(chǎn)物測(cè)序結(jié)果分別除去兩端大約20bp不精確序列后，與NCBI genebank數(shù)據(jù)庫(kù)檢索進(jìn)行比對(duì)分析，與數(shù)據(jù)庫(kù)中藍(lán)藻的HO16SrDNA片段有較高的基因同源性。猜測(cè)藻類(lèi)細(xì)胞中的葉綠體來(lái)源可能與藍(lán)藻有關(guān)。

四、葉綠體來(lái)源的一種可能

1.普遍存在的共生現(xiàn)象 經(jīng)過(guò)考證資料我們可以清楚地知道自然界中普遍存在著共生現(xiàn)象。

（1）?？托〕篝~(yú)就是很典型的共生現(xiàn)象。?？w表具有刺絲細(xì)胞，但不會(huì)傷害體表具備特殊粘液的小丑魚(yú)，海葵保護(hù)其不受其他魚(yú)類(lèi)攻擊，小丑魚(yú)吃?？甑臍?jiān)瑤退謇砩眢w。甚至小丑魚(yú)還可以當(dāng)作海葵的捕食其他魚(yú)類(lèi)的“誘餌”。

（2）反芻動(dòng)物與腸道中的鞭毛蟲(chóng)，反芻動(dòng)物依靠胃中的鞭毛蟲(chóng)來(lái)消化纖維素獲取所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，鞭毛蟲(chóng)則靠反芻動(dòng)物所供給的半消化狀的草料給養(yǎng)。

（3）龜與藻類(lèi)的擬態(tài)共生，部分藻類(lèi)會(huì)選擇與龜共生形成綠毛龜，在兩者共生關(guān)系中，藻類(lèi)依附在龜?shù)谋臣准灼目p隙中，靠吸取龜?shù)谋臣追置谖餅樯攧t依靠藻類(lèi)掩蓋身形躲避敵害。

2.葉綠體的外源獲得性實(shí)例。

（1）一種名為綠葉海天牛的海蛞蝓（Elysia chlorotica），是一種腹足綱海天?？频膭?dòng)物，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)這種生物可以通過(guò)攝取藻類(lèi)來(lái)奪取藻類(lèi)中的葉綠體。

在攝取藻類(lèi)之后，海蛞蝓并非如我們熟知的那樣將藻類(lèi)完全消化，我們可以清晰的看到海蛞蝓留下了藻類(lèi)中的葉綠體用于自身的光合作用，更進(jìn)一步的研究表示海蛞蝓甚至可以直接掠奪藻類(lèi)體內(nèi)的葉綠體基因，將其整合到自身的染色體基因中，因而可以將產(chǎn)生葉綠體的能力直接傳遞給下一代。

這種得到葉綠體的方式提醒了我們?nèi)~綠體并非是綠色植物的特權(quán)，葉綠體完全可以通過(guò)吞噬行為攝取

這種共生關(guān)系提示了我們現(xiàn)生葉綠體與線粒體的一種可能。

五、葉綠體起源猜想——共生猜想

我們經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)論與資料查閱，有理由認(rèn)為早期的葉綠體并非是細(xì)胞體內(nèi)一個(gè)簡(jiǎn)單的細(xì)胞器，而是通過(guò)特殊手段從外界獲取來(lái)的，最終在千萬(wàn)年的演化中與細(xì)胞主體完美契合。

我們做出了以下推測(cè)：

最初擁有葉綠體的細(xì)胞是一次失誤吞噬的結(jié)果，演化的推算告訴我們，那個(gè)時(shí)期的生物僅僅有三類(lèi)，具備簡(jiǎn)單呼吸作用的細(xì)菌、光能自給自足的藍(lán)藻，以及體型遠(yuǎn)大于前兩者的掠食性單細(xì)胞生物。

這種掠食性生物的食物正是藍(lán)藻，日復(fù)一日的吞噬都是將藍(lán)藻粉碎，完全消化，然而倘若出現(xiàn)了無(wú)法消化的藍(lán)藻又如何呢？無(wú)論是藍(lán)藻還是掠食者都不會(huì)知道，因?yàn)樗麄儾痪邆鋸?fù)雜思維的能力，就這樣掠食者包含著藍(lán)藻，旁若無(wú)事的繼續(xù)吞噬著，藍(lán)藻又在掠食者體內(nèi)無(wú)憂(yōu)無(wú)慮的光合，直到兩者死亡。

這樣的事情必然發(fā)生了不止一次，才導(dǎo)致后續(xù)的變化——共生，兩者偶然產(chǎn)生了利益的結(jié)合，一方提供保護(hù)，一方供給能量，這無(wú)疑是有利于生存的一種形式，有利生存，永遠(yuǎn)是自然篩選中的頂級(jí)法則，對(duì)于掠食者和這類(lèi)特殊藍(lán)藻來(lái)說(shuō)也是如此，這種篩選促使了他們走到了一起，成為了一個(gè)具備競(jìng)爭(zhēng)力的共生體系，但最終是那一步才最終造就了葉綠體的繁榮昌盛。

DNA嵌入，我們至今仍不明白是何種方式才使藍(lán)藻將自己的遺傳信息嵌入共生體的核DNA中，這意味著共生主體要承受來(lái)自藍(lán)藻基因的無(wú)序跳躍（轉(zhuǎn)座子）引發(fā)的自身基因混亂，但無(wú)疑，這種嵌入更加完善了兩種生物的合作，并且在隨后的時(shí)間里繼續(xù)完善，最終呈現(xiàn)在我們面前的，是含葉綠體的生物。

六、結(jié)論

該研究將葉綠體的起源指向共生，但實(shí)際上為了證實(shí)這個(gè)結(jié)論有待更多的科研人員做更多的研究來(lái)進(jìn)一步討論。