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为解决水生生态系统镍污染问题，研究人员开展了浮萍（Lemna minuta）和颤藻（Trichormus variabilis）单种及混合培养对镍耐受性和修复潜力的研究。结果表明 L. minuta 在除镍上表现出色，混合培养可增强物种耐受性。该研究为水体镍污染修复提供新方向。
在当今的生态环境中，水生生态系统正面临着严峻的挑战，化学污染尤其是重金属污染，成为了威胁其生态平衡和生物多样性的重要因素。镍（Ni）作为一种常见的重金属，广泛存在于环境中。它既可以作为植物生长所需的微量营养元素，参与众多代谢酶的活动，对植物的正常生长发挥着关键作用；但当环境中镍含量过高时，又会摇身一变成为有害物质，引发植物的氧化应激反应，抑制植物的生长发育，导致一系列负面效应，如根系和地上部分生长受阻、生物量积累减少、叶片失绿甚至坏死等。
为了应对这一难题，科学家们一直在寻找有效的解决方案。在众多研究方向中，植物修复技术因其环保、可持续等优势，成为了研究热点。浮萍（Lemna）属植物和蓝藻（如颤藻 Trichormus variabilis）被发现具有一定的重金属耐受性和生物积累能力，这为解决镍污染问题带来了新的希望。然而，此前对于浮萍（Lemna minuta）和颤藻（Trichormus variabilis）联合修复镍污染水体的研究还较为匮乏。在此背景下，来自国外的研究人员开展了一项具有重要意义的研究，相关成果发表在《Aquatic Botany》上。
研究人员为探究这两种生物修复镍污染水体的潜力，采用了多种关键技术方法。首先，他们精心收集了实验所需的生物材料，浮萍（Lemna minuta）采自意大利罗马的湿地，颤藻（Trichormus variabilis）则分离自意大利撒丁岛的地中海沿岸泻湖。随后，建立了严谨的实验体系，设置了含镍处理组和无镍对照组，涵盖单种培养和混合培养模式，并在不同时间点进行监测。实验过程中，运用了多种检测技术，如通过特定探针测量水体的电导率、pH 和溶解氧饱和度；采用分光光度法测定水体镍浓度；对生物样本进行鲜重测量、形态分析，以及运用分光光度法、生化分析等手段测定叶绿素、丙二醛（MDA）、蛋白质含量和过氧化氢酶（CAT）活性等生理参数。
研究结果
- 水体化学和物理参数：实验结果显示，在整个实验过程中，水体电导率相对稳定。而 pH 方面，对照组明显高于含镍处理组，这可能是由于镍对生物的毒性作用，抑制了生物的光合作用，减少了二氧化碳的吸收，进而导致水体中碳酸浓度升高，pH 降低。溶解氧饱和度在含镍处理组中显著降低，尤其是在颤藻（Trichormus variabilis）相关的处理中更为明显，这表明镍对生物的光合作用产生了抑制，减少了氧气的释放。
- 浮萍（Lemna minuta）和颤藻（Trichormus variabilis）的生长：在无镍条件下，颤藻（Trichormus variabilis）单种培养和与浮萍（Lemna minuta）混合培养的生物量增长显著高于浮萍（Lemna minuta）单种培养。但在含镍处理中，两种生物的生物量均出现下降，且颤藻（Trichormus variabilis）下降更为明显。不过，在混合培养且含镍的处理中，颤藻（Trichormus variabilis）表现出了比单种培养更强的耐受性，这暗示着浮萍（Lemna minuta）可能通过去除水体中的镍，减轻了镍对颤藻（Trichormus variabilis）的毒性。
- 镍对形态参数的影响：镍对浮萍（Lemna minuta）的根长、叶宽和叶面积等形态参数影响不显著，但会使混合培养时浮萍（Lemna minuta）的叶长缩短。对于颤藻（Trichormus variabilis），在含镍处理中，其细胞会聚集形成特殊结构，而在混合培养时这种聚集现象有所缓解。
- 镍对生理参数的毒性影响
- 叶绿素含量：镍暴露导致浮萍（Lemna minuta）的总叶绿素和颤藻（Trichormus variabilis）的叶绿素 a 含量显著降低。在混合培养中，浮萍（Lemna minuta）对镍的耐受性更强，其叶绿素含量的下降幅度相对较小。
- MDA 含量：镍暴露使两种生物的 MDA 含量显著增加，表明它们都受到了氧化应激的影响。不过，混合培养时浮萍（Lemna minuta）的 MDA 含量在后期有所降低，显示出混合培养对减轻氧化应激的积极作用。
- 可溶性蛋白含量：镍暴露导致两种生物单种培养时的可溶性蛋白含量显著下降，但在混合培养中，浮萍（Lemna minuta）的蛋白含量有所增加，颤藻（Trichormus variabilis）的蛋白含量下降幅度也相对较小，说明混合培养能缓解镍污染对蛋白质合成的负面影响。
- 过氧化氢酶（CAT）抗氧化酶活性：镍暴露使两种生物的 CAT 活性显著增强，这是生物应对氧化应激的一种保护机制。在混合培养中，两种生物的 CAT 活性仍高于对照组，但低于单种培养时的水平，进一步证明了混合培养减轻了氧化应激。
- 镍的生物去除：实验结果表明，浮萍（Lemna minuta）、颤藻（Trichormus variabilis）及其混合培养都能显著降低水体中的镍浓度。浮萍（Lemna minuta）在除镍方面表现出色，单种培养 7 天和 14 天后，分别去除了 75.4% 和 86.3% 的镍；混合培养在 7 天和 14 天后，镍去除率分别为 79.7% 和 89.1%，但与浮萍（Lemna minuta）单种培养相比，差异并不显著。
研究结论与讨论
综上所述，该研究首次系统地探究了浮萍（Lemna minuta）和颤藻（Trichormus variabilis）单种及混合培养对镍污染水体的修复潜力。研究发现，浮萍（Lemna minuta）在镍污染水体修复中起着关键作用，其单种培养和混合培养都能实现较高的镍去除率。虽然混合培养在镍去除效率上没有显著优于浮萍（Lemna minuta）单种培养，但混合培养显著增强了两种生物在镍胁迫下的生存能力和耐受性。混合培养体系中，较高的总叶绿素和蛋白质含量、较低的丙二醛（MDA）和过氧化氢酶（CAT）水平，以及减轻的浮萍（Lemna minuta）叶绿素缺失和颤藻（Trichormus variabilis）细胞聚集现象，都表明混合培养为两种生物创造了更有利的生长条件。
此外，这种混合培养的方法为长期的污染修复项目提供了一种更可持续的策略，有助于维持修复生物的健康和修复效率。然而，基于浮萍（Lemna）的植物修复技术也存在一定的局限性，由于浮萍（Lemna）通常漂浮在水面生长，其修复效果主要集中在上层水体，这限制了其在深水环境中的应用。
该研究为镍污染水体的生物修复提供了重要的理论依据和实践参考。未来的研究可以进一步优化混合培养体系，探索将浮萍（Lemna minuta）与其他更耐镍的蓝藻结合的可能性，同时深入研究混合培养中物种间协同作用的关键机制，为解决水体镍污染问题提供更有效的方案。
