趙錦程 劉 馨

(內(nèi)蒙古北方重工業(yè)集團有限公司第三中學 包頭 014030)

1 原核細胞是否有染色體

真核細胞中的染色質(zhì)是由DNA、組蛋白、非組蛋白和少量的RNA組成，存在于間期細胞的細胞核中，呈線狀[1]。真核細胞的染色體是指在有絲分裂(或減數(shù)分裂)的特定時期，由染色質(zhì)高度螺旋化形成的棒狀結(jié)構。染色體和染色質(zhì)在化學成分上沒有區(qū)別，區(qū)別主要在于包裝程度的不同。

對于原核細胞，一些文獻和高中生物學教材中都提到“原核細胞沒有染色體，但有一個環(huán)狀的DNA分子，位于細胞內(nèi)特定的區(qū)域，這個區(qū)域叫做擬核”，擬核中的DNA沒有形成真正的染色體結(jié)構。但是，DNA也在RNA和少量的類組蛋白(擬核蛋白，不同于真核細胞中的組蛋白)的協(xié)助下進行了高效的包裝，在不到1 μm3的擬核空間中，折疊著長達1200～1400 μm的環(huán)狀DNA[1]。雖然細菌擬核中的DNA與真核細胞的染色體不同，但在一些科普讀物或者文獻中會出現(xiàn)“細菌染色體”這樣的名稱，或稱為細菌染色體DNA。

那么，原核細胞到底有染色體嗎？這與染色體的定義有關。狹義上的染色體(質(zhì))指的是DNA與組蛋白、非組蛋白等物質(zhì)結(jié)合，形成的復合物；是可以被堿性染料染成深色的物質(zhì)；在有絲分裂或者減數(shù)分裂過程中染色質(zhì)和染色體發(fā)生周期性的轉(zhuǎn)變。從這個意義上講，由于原核細胞不存有絲分裂和減數(shù)分裂，所以也不存在染色體。而廣義上的染色體指DNA的載體，也就是DNA與特定的蛋白質(zhì)結(jié)合形成的線狀復合物。所以，從廣義上來理解，細菌存在染色體。在高中生物學教學中，為了避免不必要的麻煩，建議使用染色體的狹義定義，即細菌不存在染色體。

2 原核細胞的分裂方式是否屬于無絲分裂

高中生物學教材中提到“真核細胞的分裂方式有三種：有絲分裂、減數(shù)分裂、無絲分裂”，而關于原核細胞的分裂方式教材中并沒有提到。大多教師在對比講解原核細胞和真核細胞時，會總結(jié)：原核細胞的分裂方式主要為二分裂。那么，二分裂是否屬于無絲分裂呢？

真核細胞的一些細胞在細胞分裂中因出現(xiàn)紡錘絲，故稱為有絲分裂(減數(shù)分裂可看作是一種特殊的有絲分裂)，或者間接分裂；而無絲分裂過程中不出現(xiàn)紡錘絲和染色體的變化。1841年，雷馬克(Remak)在研究雞胚的紅細胞時首次發(fā)現(xiàn)細胞的無絲分裂，后來在很多生物體內(nèi)觀察到無絲分裂，例如動物的腎小管上皮細胞 、圍心腔上皮細胞 、肝細胞 、乳腺上皮細胞。

多數(shù)文獻將原核細胞的分裂方式歸為無絲分裂，因為原核細胞的分裂，沒有嚴格的階段，也沒有染色質(zhì)和染色體的交替，更不存在紡錘絲，所以稱為無絲分裂，或者直接分裂[1]。但是，原核細胞的無絲分裂與真核細胞的無絲分裂存在很大的差異。細菌DNA的復制起點附著在細胞膜上，開始進行雙向復制，復制完成后，隨著細胞膜的生長和細胞的分裂，兩個未來的子細胞的基因組不斷分離開，最終細胞橫縊為兩個子細胞，每個子細胞各得一套DNA。在細菌快速生長和分裂的過程中，當細胞的一個世代即將結(jié)束時，不僅為即將形成的兩個子細胞各備了一份完整的DNA，而且新的DNA分子已經(jīng)開始了下一次的復制[2]。真核細胞的無絲分裂雖然不像有絲分裂那樣有明顯的各個時期，但是也可大致分為四個時期，染色質(zhì)復制、染色質(zhì)移向核的兩端、核中部縊縮、核膜內(nèi)陷縊裂為兩個細胞核，最終分為兩個子細胞[3]。

3 原核細胞光合作用的場所

高中生物學教材中提到，真核細胞光合作用的場所為葉綠體，而關于原核細胞的光合作用僅提到“藍藻細胞內(nèi)含有藻藍素和葉綠素，是能進行光合作用的自養(yǎng)生物”。那么，原核細胞進行光合作用的具體場所在哪呢？

表2 伴性遺傳、從性遺傳、母性影響和細胞質(zhì)遺傳的比較

藍藻細胞質(zhì)中有環(huán)狀的光合片層結(jié)構——類囊體，這是藍藻光合作用的場所。藍藻的光合作用與高等植物的光合作用類似，可放出氧氣。藍藻類囊體的表面分布著三類光合色素，葉綠素a、類胡蘿卜素、藻膽素(藻膽素與蛋白質(zhì)結(jié)合，又稱藻膽蛋白)。藻膽素有藻藍素、別藻藍素和藻紅素三種[4]。由于藍藻只含有葉綠素a，所以其光合作用的效率低于高等植物。

光合細菌是另一類能夠進行光合作用的原核生物，例如紅螺菌、著色菌、紅色非硫細菌、綠硫細菌、鹽桿菌等[5]。光合細菌的細胞膜(又稱細胞質(zhì)膜)上含有光合磷酸化的酶系統(tǒng)，是其進行光合作用的場所，但光合細菌與藍藻和高等植物的光合作用有很大的不同。藍藻和高等植物的光合作用供氫體為H2O，并產(chǎn)生氧氣。而光合細菌的光合作用供氫體為硫化物或者有機物，其光合作用不產(chǎn)生氧氣。而且光合細菌所含的光合色素與高等植物也有所不同，為細菌葉綠素和類胡蘿卜素，已知的細菌葉綠素有a、b、c、d、e五種[6]。高等植物、藍藻、光合細菌在光合作用方面的區(qū)別見表1。

表1 高等植物、藍藻、光合細菌光合作用對比

4 原核細胞有氧呼吸的場所

高中生物學教材中提到真核生物有氧呼吸的場所為細胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體(或者說有氧呼吸的主要場所為線粒體)，關于原核生物的有氧呼吸場所并未提到。

原核細胞的細胞膜(細胞質(zhì)膜)含有豐富的酶系，細胞膜內(nèi)側(cè)含有電子傳遞與氧化磷酸化有關的酶系，可進行有氧呼吸。細菌的細胞膜內(nèi)陷形成囊狀、層狀或管狀結(jié)構，稱之為間體(或中膜體、質(zhì)膜體)，類似于真核細胞中線粒體內(nèi)膜內(nèi)折形成的嵴。有學者認為間體上有細胞色素和琥珀酸脫氫酶，與有氧呼吸有關[1]，也有學者認為間體只是電鏡制片時造成的贗像[2]。

細菌雖然沒有具膜的細胞器，但是其細胞膜上含有多種酶系，除了含有與光合作用、有氧呼吸有關的酶系外，還有一些酶可以與核糖體共同完成分泌蛋白的合成與分泌。所以，細菌的細胞膜可以承擔類似于真核細胞中葉綠體、線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體的部分工作[1]。

5 原核細胞的細胞壁成分

高中生物學教材中提到，高等植物細胞的細胞壁主要成分為纖維素和果膠，但沒有介紹原核細胞細胞壁的成分。授課時，大多數(shù)教師籠統(tǒng)總結(jié)為：大部分原核細胞有細胞壁，成分為肽聚糖。有關真核細胞和原核細胞的細胞壁成分對比歸納為表2。

表2 原核細胞和真核細胞的細胞壁比較