共生

高冰

【摘 要】葉綠體是可進行光合作用真核生物一種重要細胞器，我們在大量的觀測數據中已經得知，葉綠體是一種半自主性細胞器，它的遺傳信息傳遞方式，它的特異性行為，都無不在我們傳遞這樣一個信息：葉綠體并不簡單，或許，是數億年前的一場貪婪吞噬造就了而今的綠色海洋。

【關鍵詞】葉綠體;DNA;藍藻;共生

【中圖分類號】F719 ? ? ? 【文獻標識碼】A

【文章編號】2095-3089（2019）18-0262-02

一、引言

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

懷著這樣的疑惑我們對葉綠體展開了如下研究。

二、葉綠體半自主性的檢驗

1.提取紅藻葉綠體。

（1）高壓法破碎紅藻細胞取500ml培養至對數生長期的紅藻細胞，離心（1000g，4℃，10min）。細胞沉淀用新鮮培養液洗滌2次，離心（條件同上）。細胞沉淀中加入冰上預冷的15ml破碎緩沖液，小心捶打混勻后轉移至50ml離心管中。用高壓破碎器將紅藻細胞進行破碎，破碎條件為：壓力（250Pa），時間（3.5min）。破碎后顯微鏡下觀察細胞形態以判斷破碎的程度。收集破碎后的細胞，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），沉淀即為紅藻細胞的葉綠體部分。液氮中保存備用。

2.葉綠體完整性的檢測。

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

3.葉綠體DNA行為檢測。

（1）在放射性標記的脫氧核苷酸培養液中培養得到的葉綠體24h。

（2）取制備好的樣品，加人600μl預熱的（65C）CTAB緩沖液，混勻后65C孵育1h，期間上下顛倒混勻數大;隨后加人600μl酚-氧仿異戊醇抽提液，14000xg離心10min，將上清轉移至新的離心管中，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保存備用。

（3）檢測所得葉綠體中DNA的放射性濃度。

三、葉綠體同源查證

1.采用PCR鏈式反應擴增葉綠體DNA循環30次。

2.截取16rDNA PCR擴增產物測序結果分別除去兩端大約20bp不精確序列后，與NCBI genebank數據庫檢索進行比對分析，與數據庫中藍藻的HO16SrDNA片段有較高的基因同源性。猜測藻類細胞中的葉綠體來源可能與藍藻有關。

四、葉綠體來源的一種可能

1.普遍存在的共生現象 經過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象。

（1）海葵和小丑魚就是很典型的共生現象。海葵體表具有刺絲細胞，但不會傷害體表具備特殊粘液的小丑魚，海葵保護其不受其他魚類攻擊，小丑魚吃海葵消化完的殘渣，幫他清理身體。甚至小丑魚還可以當作海葵的捕食其他魚類的“誘餌”。

（2）反芻動物與腸道中的鞭毛蟲，反芻動物依靠胃中的鞭毛蟲來消化纖維素獲取所需的營養物質，鞭毛蟲則靠反芻動物所供給的半消化狀的草料給養。

（3）龜與藻類的擬態共生，部分藻類會選擇與龜共生形成綠毛龜，在兩者共生關系中，藻類依附在龜的背甲甲片的縫隙中，靠吸取龜的背甲分泌物為生，龜則依靠藻類掩蓋身形躲避敵害。

2.葉綠體的外源獲得性實例。

（1）一種名為綠葉海天牛的海蛞蝓（Elysia chlorotica），是一種腹足綱海天牛科的動物，經研究發現這種生物可以通過攝取藻類來奪取藻類中的葉綠體。

在攝取藻類之后，海蛞蝓并非如我們熟知的那樣將藻類完全消化，我們可以清晰的看到海蛞蝓留下了藻類中的葉綠體用于自身的光合作用，更進一步的研究表示海蛞蝓甚至可以直接掠奪藻類體內的葉綠體基因，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葉綠體并非是綠色植物的特權，葉綠體完全可以通過吞噬行為攝取

這種共生關系提示了我們現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

我們經過實驗結論與資料查閱，有理由認為早期的葉綠體并非是細胞體內一個簡單的細胞器，而是通過特殊手段從外界獲取來的，最終在千萬年的演化中與細胞主體完美契合。

我們做出了以下推測：

最初擁有葉綠體的細胞是一次失誤吞噬的結果，演化的推算告訴我們，那個時期的生物僅僅有三類，具備簡單呼吸作用的細菌、光能自給自足的藍藻，以及體型遠大于前兩者的掠食性單細胞生物。

這種掠食性生物的食物正是藍藻，日復一日的吞噬都是將藍藻粉碎，完全消化，然而倘若出現了無法消化的藍藻又如何呢？無論是藍藻還是掠食者都不會知道，因為他們不具備復雜思維的能力，就這樣掠食者包含著藍藻，旁若無事的繼續吞噬著，藍藻又在掠食者體內無憂無慮的光合，直到兩者死亡。

這樣的事情必然發生了不止一次，才導致后續的變化——共生，兩者偶然產生了利益的結合，一方提供保護，一方供給能量，這無疑是有利于生存的一種形式，有利生存，永遠是自然篩選中的頂級法則，對于掠食者和這類特殊藍藻來說也是如此，這種篩選促使了他們走到了一起，成為了一個具備競爭力的共生體系，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自藍藻基因的無序跳躍（轉座子）引發的自身基因混亂，但無疑，這種嵌入更加完善了兩種生物的合作，并且在隨后的時間里繼續完善，最終呈現在我們面前的，是含葉綠體的生物。

六、結論

該研究將葉綠體的起源指向共生，但實際上為了證實這個結論有待更多的科研人員做更多的研究來進一步討論。