研究揭示浮萍在混合營養、異養和自養條件下的生長特性

　　浮萍（duckweed）屬于天南星科浮萍亞科的水生漂浮植物，共紫萍屬（Spirodela）、少根紫萍屬（Landoltia）、青萍屬（Lemna）、扁無根萍屬 （Wolffiella）、蕪萍屬（Wolffia）5屬36個種，是研究光合作用、形態建成、遺傳進化的模式植物，在生物質能源、污水處理、食物飼料和生物反應器等領域具有應用價值。高效積累目的產物（生物量、淀粉、蛋白質等）是浮萍產業化應用的基礎，優化培養條件、提高浮萍生長速率及生物量積累是當前亟待解決的問題。

　　近期，中國科學院水生生物研究所水生植物生理學團隊發現一株本地紫萍（Spirodela polyrhiza 5543）具有營養模式的多樣性，不僅可進行光合自養，還可利用多種有機碳源進行異養和混合營養，該現象在高等植物中比較少見。研究團隊較系統地研究了該紫萍在3種營養條件下的生長特性。研究表明，異養條件下，紫萍葉狀體變小且呈現黃白色，符合暗形態建成的特征；混合營養條件下，紫萍葉綠素含量低于自養條件下葉綠素含量，推測碳源的添加抑制了紫萍的光合能力，需進一步的實驗驗證；培養25天之后，紫萍在混合營養條件下的生長速率分別是異養和自養的4.98倍和6.22倍。此外，混合營養條件下紫萍生物量積累大于異養和自養之和，表明在光和CO2限制條件下，紫萍的光合作用和有機碳代謝有明顯的協同作用，但其光合作用與呼吸作用、葉綠體與線粒體的關系，能量流動和碳源分配等機理尚需進一步研究。

　　提高紫萍淀粉積累是利用其生物質能的基礎。該研究分析發現，混合營養條件下紫萍淀粉產量最高，但在異養條件下，紫萍淀粉含量分別是混合營養與自養條件下的2.06倍和25.69倍，表明異養是誘導紫萍淀粉積累的高效營養模式。研究提出，混合營養和異養相結合的兩步培養策略有可能進一步提高紫萍淀粉產量。分析紫萍在3種營養模式下對營養元素的吸收效率表明，混合營養條件下，紫萍對總氮、總磷及COD的吸收效率顯著優于其他兩種營養模式，這與其生長速率相符合。

　　該研究為認識高等植物的營養方式，開發浮萍在污水處理、生物質能以及食物飼料等領域的應用提供了實驗依據，并為深入研究高等植物光合作用提供了研究材料。相關成果發表在Bioresource Technology上，水生所碩士研究生孫作亮（現為博士研究生）為論文第一作者，研究員侯宏偉為通訊作者。研究得到湖北省科技創新計劃重大項目、淡水生態與生物技術國家重點實驗室項目的資助。

異養紫萍

紫萍在混合營養（左圖：光照+有機碳）、異養（中圖：黑暗+有機碳）和自養（右圖）條件下的生長特性示意圖

混合營養-異養相結合的兩步培養策略示意圖