海南南海熱帶海洋研究所首次在世界上培養(yǎng)成功共生的原綠藻 (Prochloron didamni?Lewin) , 該藻屬于原綠藻門, 為該門目前僅有的一個(gè)共生物種。由于它的特殊性, 全世界在此之前都還沒有人讓它離開宿主培養(yǎng)成功。
1975年美國藻類學(xué)家Lewin在海鞘的泄殖腔內(nèi)首次發(fā)現(xiàn)原綠藻, 此后在世界其他熱帶海域先后發(fā)現(xiàn)該藻, 中國著名藻類學(xué)家曾呈奎院士1975年晚于Lewin教授在西沙發(fā)現(xiàn)該藻, 后來還做了超顯微結(jié)構(gòu)的研究。Lewin根據(jù)自己的發(fā)現(xiàn)并結(jié)合曾呈奎的有關(guān)建議, 在1976年提出了藻類分類的一個(gè)新門:原綠藻門, 并建立了原綠藻綱、原綠藻目、原綠藻科、原綠藻屬, 并定名該物種為原綠藻 (Prochloron didamni?Lewin) 。
通過超顯微結(jié)構(gòu)研究發(fā)現(xiàn)該藻處于藍(lán)藻和綠藻之間, 與藍(lán)藻一樣沒有細(xì)胞核, 細(xì)胞壁是4層, 是典型的原核藻類。但是它又有不同于藍(lán)藻的特點(diǎn), 具有與綠藻相同的結(jié)構(gòu):沒有藻膽體、核質(zhì)分布在光合膜之間, 具有與綠藻葉綠體相同的結(jié)構(gòu)。
自20世紀(jì)80年代起, 科學(xué)家們又從海洋中發(fā)現(xiàn)自由生存的原綠球藻 (Prochlorococcus) 和淡水多細(xì)胞的原綠藻 (Prochlorothrix) 。原綠球藻作為一種自由存在于海水中的藻類已經(jīng)培育成功, 但作為共生的原綠藻, 至今還沒有培育成功的先例。
20世紀(jì)70年代原綠藻的發(fā)現(xiàn), 在藻類學(xué)界引起巨大的影響。原綠藻在藻類的進(jìn)化上具有重要的意義。根據(jù)化石, 藍(lán)藻出現(xiàn)在28億～32億年前, 而真核藻類出現(xiàn)在13億～18億年前。中間的10億年則沒有其他藻類化石出現(xiàn), 估計(jì)這10億年很可能是微藻從無核進(jìn)化到有核單細(xì)胞藻類的時(shí)代。
在海南省重大科技計(jì)劃的支持下, 近5年來陳宏20余次到西沙做珊瑚礁的研究。多次在珊瑚枝上發(fā)現(xiàn)了與海鞘共生的原綠藻, 并開展分離培育, 克服困難最終獲得成功。圖1給出了原綠藻體外培養(yǎng)后附著在培養(yǎng)瓶底部生長的顯微形態(tài)。陳宏的研究突破了共生原綠藻培養(yǎng)中的一系列難點(diǎn), 也發(fā)現(xiàn)了原綠藻離開宿主生物之后的一些代謝要求, 建立了一套體外培養(yǎng)防止生物污染的技術(shù)路徑等。這一系列科技成果對(duì)于研究其他共生藻類與不同動(dòng)物的共生關(guān)系具有重要的作用, 譬如蟲黃藻與珊瑚的共生關(guān)系等。
通過對(duì)原綠藻的離體培養(yǎng), 將可以搞清楚這一古老生物的繁殖和生長的全過程。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)它的直徑在3～12 μm之間 (糾正了一些研究報(bào)告中8～11 μm的結(jié)論) , 繁殖方式確認(rèn)為從細(xì)胞赤道部分向心縊縮的二分裂方式, 同時(shí)也發(fā)現(xiàn)該藻在白化情況下也可以游離培育的特殊現(xiàn)象。
通過離體培育, 也將可以方便地開展它的基因組研究, 對(duì)于解開綠色植物從原核生物到有核的單細(xì)胞綠藻, 進(jìn)而發(fā)育到苔蘚植物、維管植物直到木本植物等, 都有特殊的意義。通過體外培育, 也容易獲得原綠藻的細(xì)胞外代謝產(chǎn)物, 這對(duì)于揭示原綠藻與海鞘之間的共生關(guān)系中物質(zhì)代謝具有重要的意義, 也為珊瑚與蟲黃藻之間的物質(zhì)代謝研究提供啟示。
同時(shí), 研究發(fā)現(xiàn), 該藻也可作為一種良好的生物餌料和去除水中營養(yǎng)鹽的優(yōu)質(zhì)材料, 可以應(yīng)用于光合生物膜等水處理的材料?？傊? 共生原綠藻在國際上首次離體培育成功, 對(duì)于海洋科學(xué), 生物學(xué)和生命進(jìn)化史, 以及海洋經(jīng)濟(jì)與海洋生態(tài)環(huán)保等方面都具有重要的意義。
本文轉(zhuǎn)自：海南南海熱帶海洋研究所
海洋學(xué)報(bào) 2019,41(06),135-136 DOI:10.3969/j.issn.0253-4193.2019.06.013
作者簡(jiǎn)介：?陳宏 (1965—) , 男, 浙江省溫州市人, 研究員, 從事珊瑚礁研究。E-mail:[email protected]
