内吞作用调控龙须菜光合产物转运的机制研究及其对藻类生长的影响

本研究针对大型红藻龙须菜(Gracilariopsis lemaneiformis)光合产物跨细胞转运机制不明的科学问题，通过抑制内吞作用(EIPA处理)，揭示了非表皮细胞(NEC)通过高活性内吞途径摄取胞外蔗糖的关键作用。研究发现内吞活性抑制导致NEC中佛罗里淀粉(floridean starch)含量显著降低，光合效率先降后升，但藻体生长率持续受抑，为大型藻类源-库关系调控提供了新见解。

　　

在海洋生态系统中，大型藻类作为重要的初级生产者，其光合产物转运机制长期存在认知空白。不同于高等植物完善的维管系统，红藻龙须菜(Gracilariopsis lemaneiformis)仅通过直径细小的细胞间连接进行物质交换，这种低效的转运方式难以解释其快速生长的特性。更引人深思的是，该藻类表皮细胞(EC)与非表皮细胞(NEC)存在明显的功能分化：EC具有强光合活性却储存较少能量物质，而NEC几乎不进行光合作用却富含佛罗里淀粉——这种神秘的"源-库"关系背后究竟隐藏着怎样的转运机制？

中国海洋大学的研究团队在《BMC Plant Biology》发表的研究给出了突破性答案。通过单细胞转录组分析，他们意外发现NEC中内吞作用(endocytosis)相关基因显著高表达，暗示这种典型的动物细胞营养摄取方式可能在藻类光合产物转运中扮演关键角色。

研究采用FITC标记示踪、EIPA特异性抑制、透射电镜超微结构观察和叶绿素荧光动力学分析等技术。藻体样本来自山东荣成养殖基地的"鲁龙1号"栽培品种，通过活细胞切片和不同浓度EIPA(0-50μM)处理，系统评估了内吞作用对物质转运和生理功能的影响。

内吞活性差异的发现

通过FITC-葡聚糖标记证实，NEC的内吞泡数量(7.4±6.4个/细胞)显著高于EC(1.1±0.7个/细胞)，且能更高效内化FITC标记的蔗糖。50μM EIPA处理使NEC内吞泡数量下降43%，显著高于EC的54%降幅(P<0.01)，表明NEC具有更强的内吞依赖性。

内吞作用调控能量储存

透射电镜显示，EIPA处理导致NEC中佛罗里淀粉颗粒数量和直径显著减小(25μM组减少38%，50μM组减少52%)，而EC仅出现轻微下降。这直接证明内吞途径是NEC获取胞外光合产物的重要通道。

光合与生长的动态响应

短期(3h)EIPA处理使最大光能转化效率(F_v/F_m)下降15%，但长期(6d)处理后反升高12%。有趣的是，尽管光合参数恢复，藻体特定生长率(SGR)仍随EIPA浓度增加而持续降低(50μM组下降41%)，说明内吞抑制通过限制库细胞营养供应最终制约整体生长。

这项研究首次揭示内吞作用在大型藻类光合产物转运中的核心地位：NEC通过高活性内吞途径直接获取EC分泌的蔗糖等光合产物，这种"胞饮式"转运模式突破了传统细胞间连接的效率限制。发现不仅解释了龙须菜快速生长的能量供应机制，更建立了藻类与高等植物完全不同的源-库调控范式。特别值得注意的是，内吞抑制引发的"光合反弹"现象暗示藻体可能存在补偿调节机制，这为开发藻类定向培养技术提供了新思路。未来研究可进一步解析内吞泡与胞内代谢网络的精确偶联机制，以及环境因素对该转运途径的调控作用。