世界上首次培育成功共生的原绿藻

海南南海热带海洋研究所首次在世界上培养成功共生的原绿藻 (Prochloron didamni Lewin) , 该藻属于原绿藻门, 为该门目前仅有的一个共生物种。由于它的特殊性, 全世界在此之前都还没有人让它离开宿主培养成功。

1975年美国藻类学家Lewin在海鞘的泄殖腔内首次发现原绿藻, 此后在世界其他热带海域先后发现该藻, 中国著名藻类学家曾呈奎院士1975年晚于Lewin教授在西沙发现该藻, 后来还做了超显微结构的研究。Lewin根据自己的发现并结合曾呈奎的有关建议, 在1976年提出了藻类分类的一个新门:原绿藻门, 并建立了原绿藻纲、原绿藻目、原绿藻科、原绿藻属, 并定名该物种为原绿藻 (Prochloron didamni Lewin) 。

通过超显微结构研究发现该藻处于蓝藻和绿藻之间, 与蓝藻一样没有细胞核, 细胞壁是4层, 是典型的原核藻类。但是它又有不同于蓝藻的特点, 具有与绿藻相同的结构:没有藻胆体、核质分布在光合膜之间, 具有与绿藻叶绿体相同的结构。

自20世纪80年代起, 科学家们又从海洋中发现自由生存的原绿球藻 (Prochlorococcus) 和淡水多细胞的原绿藻 (Prochlorothrix) 。原绿球藻作为一种自由存在于海水中的藻类已经培育成功, 但作为共生的原绿藻, 至今还没有培育成功的先例。

20世纪70年代原绿藻的发现, 在藻类学界引起巨大的影响。原绿藻在藻类的进化上具有重要的意义。根据化石, 蓝藻出现在28亿~32亿年前, 而真核藻类出现在13亿~18亿年前。中间的10亿年则没有其他藻类化石出现, 估计这10亿年很可能是微藻从无核进化到有核单细胞藻类的时代。

在海南省重大科技计划的支持下, 近5年来陈宏20余次到西沙做珊瑚礁的研究。多次在珊瑚枝上发现了与海鞘共生的原绿藻, 并开展分离培育, 克服困难最终获得成功。图1给出了原绿藻体外培养后附着在培养瓶底部生长的显微形态。陈宏的研究突破了共生原绿藻培养中的一系列难点, 也发现了原绿藻离开宿主生物之后的一些代谢要求, 建立了一套体外培养防止生物污染的技术路径等。这一系列科技成果对于研究其他共生藻类与不同动物的共生关系具有重要的作用, 譬如虫黄藻与珊瑚的共生关系等。

通过对原绿藻的离体培养, 将可以搞清楚这一古老生物的繁殖和生长的全过程。目前已经发现它的直径在3~12 μm之间 (纠正了一些研究报告中8~11 μm的结论) , 繁殖方式确认为从细胞赤道部分向心缢缩的二分裂方式, 同时也发现该藻在白化情况下也可以游离培育的特殊现象。

通过离体培育, 也将可以方便地开展它的基因组研究, 对于解开绿色植物从原核生物到有核的单细胞绿藻, 进而发育到苔藓植物、维管植物直到木本植物等, 都有特殊的意义。通过体外培育, 也容易获得原绿藻的细胞外代谢产物, 这对于揭示原绿藻与海鞘之间的共生关系中物质代谢具有重要的意义, 也为珊瑚与虫黄藻之间的物质代谢研究提供启示。

同时, 研究发现, 该藻也可作为一种良好的生物饵料和去除水中营养盐的优质材料, 可以应用于光合生物膜等水处理的材料。总之, 共生原绿藻在国际上首次离体培育成功, 对于海洋科学, 生物学和生命进化史, 以及海洋经济与海洋生态环保等方面都具有重要的意义。

 

本文转自:海南南海热带海洋研究所

海洋学报 2019,41(06),135-136 DOI:10.3969/j.issn.0253-4193.2019.06.013

作者简介 陈宏 (1965—) , 男, 浙江省温州市人, 研究员, 从事珊瑚礁研究。E-mail:chenhong68@vip.163.com

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