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为解决镉（Cd）胁迫抑制纤细裸藻（E. gracilis）生长、降低光合效率等问题，研究人员开展了 γ- 氨基丁酸（GABA）对纤细裸藻在 Cd 胁迫下影响的研究。结果显示 GABA 可提升细胞数量、脂质等含量，增强 Cd 耐受性。该研究为脂质生产和 Cd 吸附提供新策略。
在当今环境问题日益严峻的时代，重金属污染就像一颗隐藏在生态系统中的 “定时炸弹”，对生物的生存和繁衍构成了巨大威胁。镉（Cd）作为一种毒性极强的重金属，广泛存在于自然环境中，其来源既包括地质活动等自然因素，也与人类的采矿、工业排放等活动息息相关。在众多受镉污染影响的生物中，微藻作为生态系统中的重要一环，面临着严峻的挑战。
微藻，这种古老而神奇的生物，虽然个体微小，却在生态系统和人类生产生活中扮演着不可替代的角色。它们是生物界的 “多面手”，不仅能够通过光合作用为地球提供大量氧气，还是生产生物燃料和高价值产品的潜在 “宝藏”。纤细裸藻（Euglena gracilis）作为微藻中的一员，更是因其独特的生物学特性备受关注。它是一种单细胞真核光合原生生物，没有细胞壁，具备自养、异养和混合营养等多种营养模式，能够在不同环境下生存。而且，纤细裸藻可以合成多种营养物质和生物活性化合物，如蛋白质、长链多不饱和脂肪酸（LC-PUFAs）等，在食品、医药、化妆品等领域有着广阔的应用前景。
然而，当镉胁迫来袭，纤细裸藻的 “美好生活” 被打破。镉胁迫会导致微藻产生大量的活性氧（ROS），引发氧化应激反应，就像一场 “生化战争” 在细胞内打响。这场 “战争” 使得微藻的光合效率大幅降低，细胞生长受到抑制，原本充满生机的微藻变得 “萎靡不振”。不仅如此，镉胁迫还会影响微藻的代谢途径，阻碍其积累高价值产品，这对于微藻在工业生产中的应用来说，无疑是一个巨大的阻碍。
为了帮助纤细裸藻抵御镉胁迫的侵害，探寻提高其在镉污染环境下生存能力和高价值产品积累的方法，来自国内的研究人员开展了一项极具意义的研究。他们将目光聚焦在 γ- 氨基丁酸（GABA）这种植物激素类似物质上，试图揭开 GABA 在纤细裸藻应对镉胁迫过程中的神秘面纱。该研究成果发表在《Algal Research》上，为解决微藻在镉污染环境下的生存和利用问题提供了新的思路和方向。
研究人员在此次研究中运用了多种关键技术方法。首先，通过不同条件的培养实验，设置对照组和实验组，对纤细裸藻在不同生长环境下的各项指标进行监测。其中，对照组（CN）为在纯 EM 培养基中生长的纤细裸藻，实验组则分别添加了镉离子（Cd2+）、镉离子与 GABA 的组合（Cd2+ + GABA）以及镉离子与 3 - 巯基丙酸（3-MP）的组合（Cd2+ + 3-MP） ，以此探究不同处理对纤细裸藻生长和代谢的影响。其次，采用代谢组学分析技术，全面解析纤细裸藻在不同处理下的代谢变化，深入了解其代谢途径的调整机制。
细胞生长
研究人员通过对不同实验组纤细裸藻细胞生长情况的观察发现，所有组的纤细裸藻在第 6 天均进入稳定期，此后细胞生长速率趋近于零。对第 6 天的细胞数量进行统计分析，结果显示不同组之间存在显著差异。对照组的细胞数量为 30.2333 ± 1.5502（×105细胞 /mL），而受到镉胁迫的 Cd2+组细胞数量仅为 19.3 ± 0.5292（×105细胞 /mL），这表明镉胁迫对纤细裸藻的细胞生长具有明显的抑制作用。然而，令人欣喜的是，添加了 GABA 的 Cd2+ + GABA 组细胞数量达到了 26.0333 ± 0.9451（×105细胞 /mL），相较于 Cd2+组有显著提升，这充分说明外源添加 GABA 能够有效缓解镉胁迫对纤细裸藻细胞生长的抑制作用，促进细胞的增殖。
镉胁迫对纤细裸藻生长和代谢的影响
镉胁迫对纤细裸藻的影响是多方面的。在生理层面，镉胁迫导致纤细裸藻出现一系列异常现象，如叶绿素含量下降，使得细胞呈现出黄化的症状；细胞的光合作用受到严重干扰，光合效率大幅降低，这就像是工厂的 “生产机器” 出现故障，无法正常工作。在代谢方面，镉胁迫引发细胞内的氧化应激反应，过多的 ROS 积累破坏了细胞内的氧化还原平衡，导致脂质过氧化、蛋白质降解以及 DNA 损伤等一系列问题，严重影响了细胞的正常代谢和功能。不过，研究也发现，在逆境胁迫下，纤细裸藻会启动自身的防御机制，开始积累脂质等物质。这可能是纤细裸藻在面对不良环境时的一种 “自我保护” 策略，通过调整能量储存方式，将更多的能量转化为脂质，以应对外界的压力。
结论
综合上述研究结果，该研究得出了以下重要结论：其一，镉胁迫显著抑制了纤细裸藻的细胞生长和色素积累，这进一步证实了镉污染对微藻生长发育的负面影响。其二，镉胁迫促使纤细裸藻的能量储存方式发生转变，从以碳水化合物（副淀粉）为主转向以脂质为主，这种能量储存策略的调整有助于纤细裸藻在逆境中维持生存。其三，外源添加 GABA 不仅能够显著增加纤细裸藻的脂质和蛋白质积累，还能提高细胞内谷胱甘肽（GSH）的含量。GSH 作为细胞内重要的抗氧化物质，其含量的增加表明 GABA 可能通过增强细胞的抗氧化能力，来缓解镉胁迫对纤细裸藻造成的氧化损伤，从而提高纤细裸藻对镉的耐受性。
这项研究意义重大。它首次揭示了 GABA 在纤细裸藻应对镉胁迫过程中的积极作用，为解决微藻在重金属污染环境下的生长和高价值产品积累问题提供了新的策略。在实际应用中，这一研究成果有望为生物修复镉污染水体提供新的技术手段，同时也为利用微藻生产生物燃料和高价值产品开辟了新的途径。此外，该研究还为深入了解微藻与植物激素类似物质之间的相互作用机制提供了理论依据，有助于推动微藻生物学领域的进一步发展。未来，研究人员可以在此基础上，进一步探究 GABA 影响纤细裸藻镉耐受性和脂质积累的详细分子机制，以及如何优化 GABA 的应用条件，从而更好地发挥其在微藻生物技术领域的潜力。
