科研大喜之发现自己的研究对象竟出自祖师爷之手丨水经新注

科研大喜之发现自己的研究对象竟出自祖师爷之手丨水经新注
2021/3/10 7:30:00 中科院之声

     编者按：你一定知道，水是生命之源。你不一定知道，水里大有乾坤。中科院之声与中国科学院水生生物研究所联合开设“水经新注”专栏，在这里，我们将一起畅游水世界，探寻水生生物的奥秘，共同守护绿水青山。

     在高等生物中，植物通过光合作用自养生存，而动物则是通过利用外源有机物以异养方式生存，极少数混合营养型生物(如猪笼草)兼具自养和异养能力。然而在低等原生生物中，混合营养方式则十分常见，很多藻类/植鞭毛虫(如金藻、甲藻、裸藻等)都具备类似的混合营养方式。

     金藻/金滴虫 Poterioochromonas 便是这样一类特殊的混合营养型生物，其体内含有黄褐色的叶绿体，可以进行光合作用；另外，该类群还有两根长短不一的鞭毛，可以捕食其他颗粒物，并且它的捕食范围非常广，凡是体积小于自身体积的颗粒物都有吞噬能力，比如微藻、细菌、真菌以及人工乳胶颗粒，当在极端条件下还存在同类互噬现象。由于该物种既有藻类的特征又有鞭毛虫特征，所以它既属于藻类也属于原生动物，在藻类中该物种被翻译为马勒姆杯棕鞭藻，而在原生动物中该物种则被翻译为马含赭滴虫。

     我们最初研究Poterioochromonas(图1)主要是因为它们在短时间可以大量捕食小球藻，从而导致小球藻培养的失败；另外，该物种对水华微囊藻也有很强的摄食能力，因此也被认为是一种很好的生物控制微囊藻的方法；此外，该物种在化能异养培养条件下可以产生大量β-葡聚糖和盐藻黄素，因此也可以用于生产一些重要的功能活性物质。目前我们针对该类群开展了有关分类鉴定^1-2、危害控制^3-4、摄食机理^5-6，和早期监测⁷ 等一系列研究。最近我们还建立了该物种的大规模发酵培养技术⁸，以推进该类群在生态操纵和功能活性物质开发的应用。

     图1. 不同营养状态下的P. malhamensis。A，自养；B，吞噬异养，食物为小球藻；C，化能异养。

     Poterioochromonas(杯棕鞭藻属)的研究最早可以追溯到一百多年前，1901年德国学者Scherffel⁹分离到了一株细胞形态十分类似 Ochromonas(棕鞭藻属)的新物种，但该物种可以形成“高脚杯”状的囊壳结构，因此将该物种命名为Poterioochromonas stipitata，并建立了新属Poterioochromonas，其中 Poterio在拉丁文中表示高脚杯，以此区分不具备囊壳的Ochromonas。

     P. stipitata虽然是 Poterioochromonas属的模式种，但纵观近百年关于该类群的相关研究论文，90%以上的研究对象都是另外一个物种 Poterioochromonas malhamensis，而关于 P. malhamensis的研究中使用最多的株系则是 P. malhamensis (Pringsheim)Péterfi SAG933-1a。该株最早是英国剑桥大学教授普林海姆(E. G. Pringsheim)1952年提供的，但是当时未发现囊壳结构，所以将之鉴定为 Ochromonas，并根据其分离地(英国马勒姆塔恩湖，Malham Tarn，Yorkshire，England)命名为Ochromonas malhamensis¹⁰。Peterfi 1967年¹¹通过光镜和电子显微镜在Ochromonas malhamensis Pringsheim中观察到囊壳的存在，并将Ochromonas malhamensis重新命名为Poterioochromonas malhamensis。

     然而在仔细阅读相关文献后我们惊讶地发现，模式种 P. malhamensis (Pringsheim)Péterfi SAG933-1a最早实际上是1948年被名为Chen, Y. T.的学者分离，从名字的姓氏来看，这极其像是一位中国学者，但到底是哪位老前辈，一直不得而知，请教过数位领域内的专业学者也未得到明确答案。虽然这个问题看起来并不起眼，也与我们的研究没有直接关系，但是作为科研界中并不常见的冷门研究对象，想不到70年前我国可能已经有科研先辈从事该物种的研究，这也着实令人感叹，心中的好奇之心久久不能消散。

     近来无意中接触到北大生物系陈阅增老先生的生平介绍，发现陈老先生极有可能就是这位最初分离模式种 P. malhamensis SAG933-1a的先辈。首先，陈阅增先生的英文名是Chen Yuehtseng，陈老先生在国外留学时发表论文的署名为Chen, Y. T. ¹²；其次，陈阅增先生于1947-1950在英国剑桥大学攻读博士学位，师从普林海姆(E.G.pringsheim)从事原生动物学研究，以发现袋鞭藻(Peranema trichophorum)的吞食性营养¹²获得博士学位；普林海姆先生在论文¹⁰中也提到Dr. Chen, Y. T.毕业后从英国返回北京，这也与陈阅增先生的经历是一致的。

     因此，综合人物姓名、时间和经历，基本可以断定陈阅增先生确实是 P. malhamensis的最初分离者。后来我把这个发现汇报给我的导师(水生所龚迎春博士)，没想到龚老师竟告诉我陈阅增先生是其导师(水生所余育和研究员)的导师，这样算来陈阅增先生也算是我的祖师爷了。

     听到这里我们也着实兴奋，然而遗憾地是陈阅增老先生已逝世20余年，我们再也没有机会跟老先生面对面地聊一下关于 P. malhamensis的最新研究进展和发现，但是老先生在这方面的贡献不应该就这样被淹没在历史的长河之中。事实上，除了分离到该物种，陈老先生还获得了 P. malhamensis的纯种培养物，并且建立了该物种的有机化能异养培养方法，使用的培养基主要包括0.2%的葡萄糖和0.1%蛋白胨，这种异养培养方法的建立为后续 P. malhamensis的营养学研究提供了基础，也为我们现代高密度发酵 P. malhamensis技术开发提供了重要借鉴意义。或许是对早年研究对象的念念不忘，陈阅增老先生在晚年也依然从事了一些这类生物的相关研究，并先后发表数篇重要论文^13-15。

     在这个信息爆炸的数字化时代，在这个崇尚拜读最新最高影响因子论文的科研时代，或许有时我们也需要从经典的古论文中真正了解我们所研究对象或所从事研究领域的发展历史，从老一辈科学家的研究内容中感受科研前辈们的研究思路和学术情怀，这样才能更好地帮助我们选择研究方向和坚定研究信心。

     图2. 本实验室收集的来自世界各地的P. malhamensis不同株系。其中A为陈阅增先生采集的SAG933-1a株系。(左图为光镜照片，右图为Calcofluor White-Evans blue染色荧光照片)

     后记：陈阅增(1915-1996)，我国著名原生动物学家，教育家，北京大学原生物学系主任。20世纪40年代发现鞭毛虫的一种吞食性营养方式，后以四模虫为材料开展系统研究，取得重要成果。长期主持北大生物学系的教学和科研工作，为国家培养了大批生物学方面的人才，其主持编撰的《普通生物学—生命科学通论》堪称普通生物学教学和研究领域的经典。

图3. 陈阅增先生在国内原生动物学会成立时的合影(前排右七，陈阅增先生；前排右二，沈韫芬院士；图片拍摄于1981年5月武汉军区第一招待所，汪建国研究员提供)

     图4. 陈老先生关于袋鞭藻(Peranema trichophorum)的研究论文

     致谢：感谢余育和研究员、李涛研究员提供的有关陈先生研究背景的信息；感谢魏印心老师对金藻分类鉴定描述的指导；感谢汪建国研究员提供的部分图片；感谢龚迎春老师对本文的指导和修改。

     参考文献：

     1. 陈嫚，马明洋，王红霞，胡强，龚迎春，2020. 混合营养型马勒姆杯棕鞭藻的重描述及其系统发育分析[J]. 水生生物学报，44 (5): 1130-1142.

     2. Mingyang Ma, Yingchun Gong*,Qiang Hu*, 2018. Identification and feeding characteristics of themixotrophic flagellate Poterioochromonasmalhamensis, a microalgal predator isolated from outdoor massive Chlorella culture [J]. Algal research,29: 142-153.

     3. Mingyang Ma, Danni Yuan, HeYue, Minsung Park, Yingchun Gong*, Qiang Hu*, 2017.Effective control of Poterioochromonasmalhamensis in pilot-scale culture of Chlorellasorokiniana GT-1 by maintaining CO2-mediated low culture pH [J].Algal research, 26:436-444.

     4. Yao Wang#,Yingchun Gong#, Lili Dai, Summerfeld Milton, Chengwu Zhang*and Qiang Hu*, 2018. Identification and management of harmfulprotozoa in outdoor cultivation of Chlorellaby using ultrasonication [J]. Algal research, 31:298-310.

     5. Mingyang Ma,Chaojun Wei, Hongxia Wang, Cuicui Sha, Man Chen, Yingchun Gong*,Qiang Hu*, 2019. Isolation and evaluation of a novel strain of Chlorella sorokiniana that resistsgrazing by the predator Poterioochromonasmalhamensis [J]. Algal Research, 38: 101429.

     6. Chaojun Wei#,Hongxia Wang#, Mingyang Ma, Qiang Hu, Yingchun Gong*,2020. Factors affecting the mixotrophic flagellate Poterioochromonas malhamensis grazing on Chlorella cells [J]. Journal of Eukaryotic Microbiology, 67(2):190-202.

     7. Xianhui Wang,Huannan Li, Xueling Zhan, Mingyang Ma, Danni Yuan, Qiang Hu, Yingchun Gong*,2021. Development and application of quantitative real-time PCR based on themitochondrial COI gene for early detection of the grazer Poterioochromonas malhamensis contaminating Chlorella culture [J]. Algal Research, 53: 102133.

     8. 陈剑平，马明洋，王谝，龚迎春，金虎，胡强.一种金藻的快速培养方法.中国. 发明专利，201910004528.(实审)

     9. Scherffel A., 1901.Kleiner Beitrag zur Phylogenie einiger Gruppen niederer Organismen [J].Botanische Zeitung, 59: 143-158.

     10. Pringsheim E.G., 1952.On the nutrition of Ochromonas [J]. Journal of Cell Science, 3(21):71-96.

     11. Peterfi L.S., 1969.The fine structure of Poterioochromonas malhamensis (Pringsheim) comb.nov. with special reference to the lorica [J]. Nova Hedwigia, 17:93–103.

     12. Chen Y.T.,1950. Investigations of the biology of Peranema trichophorum(Euglenineae) [J]. Journal of Cell Science, 3(15): 279-308.

     13. 朱桦,项欣,李荫蓁,陈阅增, 1986.金黄滴虫叶绿体拟核的荧光镜检及电镜观察[J]. 动物学报, 32 (04): 301-305+385.

     14. 朱桦,陈阅增, 1986.金黄滴虫细胞核微丝系统的初步观察[J].动物学报, 32 (01): 48-52+106-107.

     15. 陈阅增,朱桦,李荫蓁,曹同庚,罗泽华, 1985.金黄滴虫粘液泡的研究[J].动物学报, 31 (02): 132-137+203-204.

     来源：中国科学院水生生物研究所

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