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随着工业化水产养殖扩张，氮、磷和甲烷排放引发环境问题。研究人员构建小球藻（Chlorella pyrenoidosa）- 枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）共生系统（ABSS）。结果显示，ABSS 能有效净化养殖污水，该研究为水产养殖污染治理提供新方案。
在全球人口增长和饮食需求转变的推动下，工业化水产养殖规模不断扩大，为人们提供了丰富的水产品。然而，这一产业的快速发展也带来了一系列棘手的环境问题。在密集型水产养殖过程中，未被食用的饲料、动物粪便以及生物质分解产生的过量氮、磷等营养物质，在水体中不断累积，导致水体富营养化。氨氮（
NH4+?N）和亚硝酸盐（
NO2??N）含量超标，不仅直接危害水生生物的健康，还可能通过食物链威胁人类健康和生物多样性。此外，养殖水体中过高的总氮含量会打破氮磷平衡，加剧池塘富营养化。而在缺氧环境下，沉积物中的未食饲料和粪便经厌氧分解，会被产甲烷菌转化为甲烷，作为强效温室气体，对全球气候变化产生重大影响。因此，如何在保障水产养殖产量的同时，实现生态可持续发展，成为亟待解决的难题。
为了应对这些挑战，来自相关研究机构的研究人员开展了一项针对藻类 - 细菌共生系统（ABSS）的研究。他们构建了小球藻（Chlorella pyrenoidosa）- 枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）共生系统，旨在探究该系统能否通过调节元素循环来提升养殖水的净化效果。研究结果表明，小球藻 - 枯草芽孢杆菌共生系统在净化养殖污水方面表现出色，为水产养殖污染治理提供了一种生态工程解决方案。该研究成果发表在《Bioresource Technology》上，具有重要的科学意义和应用价值。
在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。他们通过构建小球藻 - 枯草芽孢杆菌共生系统，设置不同的细菌与藻类比例进行培养实验。同时，采用代谢组学技术分析两者之间的代谢交换情况，利用宏基因组分析揭示共生系统对养殖池塘微生物群落结构以及与氮（N）、磷（P）和甲烷（CH4）循环相关的功能基因 / 通路的影响。
藻类 - 细菌共生系统构建
研究人员从中国普通微生物菌种保藏管理中心购买了枯草芽孢杆菌（1.7740），从中国科学院水生生物研究所购买了小球藻（FACHB - 9）。分别将小球藻和枯草芽孢杆菌在 BG - 11 培养基和脑心浸液（BHI）肉汤中进行培养。这是整个研究的基础，为后续探究两者的共生关系提供了实验材料。
枯草芽孢杆菌 - 小球藻共生系统构建
研究发现，细菌与藻类的比例对共生系统内的物质循环和能量流动有着显著影响。实验数据显示，在 3 天、5 天和 7 天时，细菌与藻类比例为 1:1 的共生系统中叶绿素 a 浓度明显高于其他比例。到 7 天时，该浓度是单藻系统（0:1 比例）的 1.59 倍。细胞干重也呈现出类似的趋势。这表明合适的细菌 - 藻类比例能够促进小球藻的生长，为共生系统发挥高效净化功能奠定了基础。
共生机制探究
通过交叉喂养分析和代谢组学研究，发现小球藻为枯草芽孢杆菌提供了有机酸、碳水化合物和氨基酸等作为碳源和氮源。而枯草芽孢杆菌不仅为小球藻提供氨基酸和嘌呤等氮源，还提供维生素和吲哚 - 3 - 乙酸，促进小球藻的生长。这种代谢产物的交换促进了小球藻的生长，也维持了共生系统的稳定。
对养殖水污染物的去除效果
小球藻 - 枯草芽孢杆菌共生系统显著降低了养殖水中的总氮、氨氮（NH4+?N）、亚硝酸盐（NO2??N）、硝酸盐（NO3??N）、磷酸盐（PO43??P）、总磷、溶解有机碳和化学需氧量。这说明该共生系统能够有效去除养殖水中的多种污染物，净化水质，改善养殖水体环境。
对微生物群落和功能基因的影响
宏基因组分析表明，共生系统重塑了微生物群落结构，使关键属（如 Limnohabitans、Planktophila、Polaromonas、Methylocystis）得到富集，并且上调了与有机磷矿化、甲烷氧化和硝酸盐还原相关的基因。这些变化增强了氮 - 磷 - 甲烷循环的耦合，进一步提升了水体净化能力。
综上所述，该研究成功构建了小球藻 - 枯草芽孢杆菌共生系统。在这个共生系统中，小球藻和枯草芽孢杆菌通过代谢产物的交换相互促进生长。共生系统不仅有效去除了养殖水中的多种污染物，还重塑了微生物群落，增强了氮、磷和甲烷循环的耦合，实现了养殖水的净化。这一研究成果为水产养殖污染治理提供了新的思路和方法，推动了生态工程在水产养殖领域的应用。同时，研究也加深了人们对藻类 - 细菌共生机制的理解，为进一步优化共生系统、提高水体净化效率提供了理论依据，对环境保护和农业可持续发展具有重要意义。未来，有望在此基础上进一步拓展研究，探索该共生系统在不同养殖环境下的应用效果，以及与其他技术相结合的可能性，为水产养殖业的绿色发展提供更有力的支持。
