全球氣候變化與人類活動導致的環境脅迫（如大氣CO?濃度升高、水體低氧、土壤氮素失衡等）已成為威脅生態系統穩定性的核心問題。解析生物在脅迫環境下的生理適應、代謝調整及分子響應機制，是評估生態系統韌性、制定環境保護策略的關鍵前提。

一、材料與方法

（一）實驗材料

1、生物材料：淡水小球藻，土壤反硝化細菌群落。

2、核心設備：博清生物三氣培養箱，高效液相色譜儀，實時熒光定量PCR儀，葉綠素分析儀。

3、試劑：Rubisco酶活性檢測試劑盒，總RNA提取試劑盒，反轉錄試劑盒。

（二）實驗設計與設備參數設置

本研究設置3種典型環境脅迫處理，每種處理3次重復，對照組為自然環境條件（CO? 0.04%、O? 21%、溫度25℃、濕度60% RH）。

（三）檢測指標與方法

1、生長指標：淡水小球藻的細胞密度（血球計數板計數）、葉綠素a含量（SPAD-502測定）；土壤反硝化細菌的菌落數（平板計數法）。

2、生理代謝指標：小球藻的Rubisco酶活性（試劑盒比色法）；反硝化細菌的反硝化速率（乙炔抑制法）。

3、分子指標：反硝化細菌nirS基因（亞硝酸還原酶基因）的相對表達量（qPCR，內參基因為16S rRNA，引物序列：nirS-F 5'-CCT AYT GGC CGA TCA G-3'，nirS-R 5'-GCC TCG ATC AGR TTG T-3'）。

（四）數據統計分析

采用SPSS 26.0軟件進行單因素方差分析（ANOVA），顯著性水平設為P<0.05；采用Origin 2023軟件繪制數據圖表。

二、結果與分析

（一）高CO?脅迫下淡水小球藻的響應特征

在博清三氣培養箱精準控制的1.0% CO?環境中，淡水小球藻的生長與光合代謝呈現顯著響應：

1、生長速率：處理7d后，小球藻細胞密度達到（8.2±0.3）×10? cells/mL，較對照組（5.6±0.2）×10? cells/mL 提升46.4%（P<0.05）。

2、光合能力：葉綠素a含量較對照組提升18.3%，Rubisco酶活性達到（2.1±0.1）U/mg prot，顯著高于對照組的（1.3±0.08）U/mg prot（P<0.05），表明高CO?環境通過增強碳固定關鍵酶活性，促進小球藻的光合效率與生長。

（二）低氧脅迫下土壤反硝化細菌的響應特征

博清三氣培養箱將O?濃度穩定控制在2%時，土壤反硝化細菌的代謝與基因表達發生明顯調整：

1、反硝化速率：處理5d后，反硝化速率達到（12.6±0.5）μg N/(g soil?h)，較對照組（8.6±0.3）μg N/(g soil?h) 提升45.6%（P<0.05）。

2、基因表達：nirS基因相對表達量較對照組上調2.1倍（P<0.05），說明低氧環境通過誘導反硝化關鍵基因的表達，增強細菌的反硝化功能，這與博清設備穩定的低氧控制環境直接相關。

（三）氮素失衡脅迫下生物群落的響應特征

在氮素失衡（NH??-N/NO??-N=1:10）且氣體參數穩定的條件下：

1、淡水小球藻的蛋白質含量較對照組下降22.1%（P<0.05），可溶性糖含量提升15.8%，表明小球藻通過調整碳氮代謝分配以適應氮素失衡環境。

2、土壤反硝化細菌群落中，假單胞菌屬（Pseudomonas）的相對豐度較對照組提升30.2%，而芽孢桿菌屬（Bacillus）下降18.5%，提示氮素失衡改變了細菌群落結構，且博清設備的穩定溫濕度控制確保了該響應僅由氮素因子驅動，排除了環境波動的干擾。

三、討論

（一）博清生物三氣培養箱在脅迫模擬中的核心價值

博清生物科技（南京）有限公司研發的三氣培養箱的高精度多參數控制能力是解析環境脅迫響應機制的關鍵：

1、氣體濃度控制精度達±0.1%，可精準模擬從大氣CO?濃度（0.04%）到高CO?（1.0%）、從常氧（21% O?）到低氧（2% O?）的梯度變化，復現自然環境中復雜的氣體脅迫場景。

2、溫度控制精度±0.5℃、濕度波動≤5% RH，避免了溫濕度波動對生物響應的干擾，確保實驗結果的可靠性與重復性，這是傳統培養設備無法實現的優勢。

（二）研究局限性與未來方向

本研究僅以藻類和細菌為研究對象，未來可利用博清生物科技（南京）有限公司研發的三氣培養箱擴展至高等植物（如作物幼苗）、水生無脊椎動物（如大型溞）等更多生態類群，進一步探究多營養級生物的協同脅迫響應。此外，可結合該設備的程序控溫功能，模擬晝夜溫差、極端高溫等復合脅迫，更全面地預測生態系統對全球變化的響應。

博清生物科技（南京）有限公司研發的三氣培養箱可通過精準調控CO?、O?、N?濃度及溫濕度，穩定復現高CO?、低氧、氮素失衡等典型環境脅迫場景，滿足環境科學與生態研究對“脅迫-響應”實驗的嚴格要求。

該設備在本研究中成功揭示了淡水小球藻的光合適應機制與土壤反硝化細菌的代謝調控規律，為生物脅迫響應的生理與分子機制解析提供了可靠的實驗平臺。

博清生物科技（南京）有限公司研發的三氣培養箱可作為環境生態領域的核心實驗設備，為評估生態系統韌性、制定環境保護策略提供技術支撐，具有廣泛的應用前景。