共生

高冰

【摘 要】叶绿体是可进行光合作用真核生物一种重要细胞器，我们在大量的观测数据中已经得知，叶绿体是一种半自主性细胞器，它的遗传信息传递方式，它的特异性行为，都无不在我们传递这样一个信息：叶绿体并不简单，或许，是数亿年前的一场贪婪吞噬造就了而今的绿色海洋。

【关键词】叶绿体;DNA;蓝藻;共生

【中图分类号】F719       【文献标识码】A

【文章编号】2095-3089（2019）18-0262-02

一、引言

在绝大多数资料中都清晰的记述着这样一句话：叶绿体是半自主性细胞器。叶绿体的半自主性究竟表现在哪些方面？为何叶绿体会具有这样的特赦，而非高尔基体、中心体、核糖体？叶绿体的这些特质是否与其起源有一定的联系？

怀着这样的疑惑我们对叶绿体展开了如下研究。

二、叶绿体半自主性的检验

1.提取红藻叶绿体。

（1）高压法破碎红藻细胞取500ml培养至对数生长期的红藻细胞，离心（1000g，4℃，10min）。细胞沉淀用新鲜培养液洗涤2次，离心（条件同上）。细胞沉淀中加入冰上预冷的15ml破碎缓冲液，小心捶打混匀后转移至50ml离心管中。用高压破碎器将红藻细胞进行破碎，破碎条件为：压力（250Pa），时间（3.5min）。破碎后显微镜下观察细胞形态以判断破碎的程度。收集破碎后的细胞，短暂离心（1500g，4℃，30s），弃掉上清。沉淀中加入7ml破碎缓冲液充分混匀，作为叶绿体粗提液。

（2）蔗糖密度梯度离心将粗提液加在蔗糖密度梯度（30%、45%和60%）上，水平转子离心（30000g，4℃，50min），小心吸取收集45%和60%之间的绿色条带，用3倍体积的破碎缓冲液洗涤收集物，离心（3000g，4℃，10min），沉淀即为红藻细胞的叶绿体部分。液氮中保存备用。

2.叶绿体完整性的检测。

用KI-I2溶液染色后在顯微镜下观察叶绿体的形态和颜色变化以判断叶绿体的完整性。

3.叶绿体DNA行为检测。

（1）在放射性标记的脱氧核苷酸培养液中培养得到的叶绿体24h。

（2）取制备好的样品，加人600μl预热的（65C）CTAB缓冲液，混匀后65C孵育1h，期间上下颠倒混匀数大;随后加人600μl酚-氧仿异戊醇抽提液，14000xg离心10min，将上清转移至新的离心管中，加人1μg/ml Rnase，37C孵育10min;加人酚氧仿-异戊醇再次抽提，14000xg4 C 离心10 min;将上清小心移人新的离心管中，加人0.8倍异戊醇或2倍体积的无水乙醇，室温放置8-12 min.14 000x8离心20 min收集沉淀;分别用70% .80%的乙醇洗涤沉淀2次，自然干燥后溶于50μl TE.-20C保存备用。

（3）检测所得叶绿体中DNA的放射性浓度。

三、叶绿体同源查证

1.采用PCR链式反应扩增叶绿体DNA循环30次。

2.截取16rDNA PCR扩增产物测序结果分别除去两端大约20bp不精确序列后，与NCBI genebank数据库检索进行比对分析，与数据库中蓝藻的HO16SrDNA片段有较高的基因同源性。猜测藻类细胞中的叶绿体来源可能与蓝藻有关。

四、叶绿体来源的一种可能

1.普遍存在的共生现象 经过考证资料我们可以清楚地知道自然界中普遍存在着共生现象。

（1）海葵和小丑鱼就是很典型的共生现象。海葵体表具有刺丝细胞，但不会伤害体表具备特殊粘液的小丑鱼，海葵保护其不受其他鱼类攻击，小丑鱼吃海葵消化完的残渣，帮他清理身体。甚至小丑鱼还可以当作海葵的捕食其他鱼类的“诱饵”。

（2）反刍动物与肠道中的鞭毛虫，反刍动物依靠胃中的鞭毛虫来消化纤维素获取所需的营养物质，鞭毛虫则靠反刍动物所供给的半消化状的草料给养。

（3）龟与藻类的拟态共生，部分藻类会选择与龟共生形成绿毛龟，在两者共生关系中，藻类依附在龟的背甲甲片的缝隙中，靠吸取龟的背甲分泌物为生，龟则依靠藻类掩盖身形躲避敌害。

2.叶绿体的外源获得性实例。

（1）一种名为绿叶海天牛的海蛞蝓（Elysia chlorotica），是一种腹足纲海天牛科的动物，经研究发现这种生物可以通过摄取藻类来夺取藻类中的叶绿体。

在摄取藻类之后，海蛞蝓并非如我们熟知的那样将藻类完全消化，我们可以清晰的看到海蛞蝓留下了藻类中的叶绿体用于自身的光合作用，更进一步的研究表示海蛞蝓甚至可以直接掠夺藻类体内的叶绿体基因，将其整合到自身的染色体基因中，因而可以将产生叶绿体的能力直接传递给下一代。

这种得到叶绿体的方式提醒了我们叶绿体并非是绿色植物的特权，叶绿体完全可以通过吞噬行为摄取

这种共生关系提示了我们现生叶绿体与线粒体的一种可能。

五、叶绿体起源猜想——共生猜想

我们经过实验结论与资料查阅，有理由认为早期的叶绿体并非是细胞体内一个简单的细胞器，而是通过特殊手段从外界获取来的，最终在千万年的演化中与细胞主体完美契合。

我们做出了以下推测：

最初拥有叶绿体的细胞是一次失误吞噬的结果，演化的推算告诉我们，那个时期的生物仅仅有三类，具备简单呼吸作用的细菌、光能自给自足的蓝藻，以及体型远大于前两者的掠食性单细胞生物。

这种掠食性生物的食物正是蓝藻，日复一日的吞噬都是将蓝藻粉碎，完全消化，然而倘若出现了无法消化的蓝藻又如何呢？无论是蓝藻还是掠食者都不会知道，因为他们不具备复杂思维的能力，就这样掠食者包含着蓝藻，旁若无事的继续吞噬着，蓝藻又在掠食者体内无忧无虑的光合，直到两者死亡。

这样的事情必然发生了不止一次，才导致后续的变化——共生，两者偶然产生了利益的结合，一方提供保护，一方供给能量，这无疑是有利于生存的一种形式，有利生存，永远是自然筛选中的顶级法则，对于掠食者和这类特殊蓝藻来说也是如此，这种筛选促使了他们走到了一起，成为了一个具备竞争力的共生体系，但最终是那一步才最终造就了叶绿体的繁荣昌盛。

DNA嵌入，我们至今仍不明白是何种方式才使蓝藻将自己的遗传信息嵌入共生体的核DNA中，这意味着共生主体要承受来自蓝藻基因的无序跳跃（转座子）引发的自身基因混乱，但无疑，这种嵌入更加完善了两种生物的合作，并且在随后的时间里继续完善，最终呈现在我们面前的，是含叶绿体的生物。

六、结论

该研究将叶绿体的起源指向共生，但实际上为了证实这个结论有待更多的科研人员做更多的研究来进一步讨论。