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(wú)根萍屬 （Wolffiella）、蕪萍屬（Wolffia）5屬36個(gè)種，是研究光合作用、形態(tài)建成、遺傳進(jìn)化的模式植物，在生物質(zhì)能源、污水處理、食物飼料和生物反應(yīng)器等領(lǐng)域具有應(yīng)用價(jià)值。高效積累目的產(chǎn)物（生物量、淀粉、蛋白質(zhì)等）是浮萍產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的基礎(chǔ)，優(yōu)化培養(yǎng)條件、提高浮萍生長(zhǎng)速率及生物量積累是當(dāng)前亟待解決的問(wèn)題。
近期，中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所水生植物生理學(xué)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)一株本地紫萍（Spirodela polyrhiza 5543）具有營(yíng)養(yǎng)模式的多樣性，不僅可進(jìn)行光合自養(yǎng)，還可利用多種有機(jī)碳源進(jìn)行異養(yǎng)和混合營(yíng)養(yǎng)，該現(xiàn)象在高等植物中比較少見。研究團(tuán)隊(duì)較系統(tǒng)地研究了該紫萍在3種營(yíng)養(yǎng)條件下的生長(zhǎng)特性。研究表明，異養(yǎng)條件下，紫萍葉狀體變小且呈現(xiàn)黃白色，符合暗形態(tài)建成的特征；混合營(yíng)養(yǎng)條件下，紫萍葉綠素含量低于自養(yǎng)條件下葉綠素含量，推測(cè)碳源的添加抑制了紫萍的光合能力，需進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；培養(yǎng)25天之后，紫萍在混合營(yíng)養(yǎng)條件下的生長(zhǎng)速率分別是異養(yǎng)和自養(yǎng)的4.98倍和6.22倍。此外，混合營(yíng)養(yǎng)條件下紫萍生物量積累大于異養(yǎng)和自養(yǎng)之和，表明在光和CO2限制條件下，紫萍的光合作用和有機(jī)碳代謝有明顯的協(xié)同作用，但其光合作用與呼吸作用、葉綠體與線粒體的關(guān)系，能量流動(dòng)和碳源分配等機(jī)理尚需進(jìn)一步研究。
提高紫萍淀粉積累是利用其生物質(zhì)能的基礎(chǔ)。該研究分析發(fā)現(xiàn)，混合營(yíng)養(yǎng)條件下紫萍淀粉產(chǎn)量最高，但在異養(yǎng)條件下，紫萍淀粉含量分別是混合營(yíng)養(yǎng)與自養(yǎng)條件下的2.06倍和25.69倍，表明異養(yǎng)是誘導(dǎo)紫萍淀粉積累的高效營(yíng)養(yǎng)模式。研究提出，混合營(yíng)養(yǎng)和異養(yǎng)相結(jié)合的兩步培養(yǎng)策略有可能進(jìn)一步提高紫萍淀粉產(chǎn)量。分析紫萍在3種營(yíng)養(yǎng)模式下對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的吸收效率表明，混合營(yíng)養(yǎng)條件下，紫萍對(duì)總氮、總磷及COD的吸收效率顯著優(yōu)于其他兩種營(yíng)養(yǎng)模式，這與其生長(zhǎng)速率相符合。
該研究為認(rèn)識(shí)高等植物的營(yíng)養(yǎng)方式，開發(fā)浮萍在污水處理、生物質(zhì)能以及食物飼料等領(lǐng)域的應(yīng)用提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)，并為深入研究高等植物光合作用提供了研究材料。相關(guān)成果發(fā)表在Bioresource Technology上，水生所碩士研究生孫作亮（現(xiàn)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(chuàng)新計(jì)劃重大項(xiàng)目、淡水生態(tài)與生物技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目的資助。
異養(yǎng)紫萍
紫萍在混合營(yíng)養(yǎng)（左圖：光照+有機(jī)碳）、異養(yǎng)（中圖：黑暗+有機(jī)碳）和自養(yǎng)（右圖）條件下的
生長(zhǎng)特性示意圖
混合營(yíng)養(yǎng)-異養(yǎng)相結(jié)合的兩步培養(yǎng)策略示意圖
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