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为解决全球蛋白需求激增与可持续供给的难题，研究人员探索浮萍（Duckweed）作为新型蛋白源。他们系统评估了四种浮萍在有机、无机及复合肥料处理下的生长速率、蛋白含量、重金属风险及提取效率。研究发现，无机肥处理可显著提升生长速率与蛋白产量，盐析法在蛋白提取中更具优势，且通过优化栽培可有效控制重金属风险。该研究为斯里兰卡等资源有限地区开发安全、高产的本地化蛋白供给方案提供了关键技术依据。
在人口持续增长和饮食结构变化的双重压力下，全球对蛋白质的需求预计到205年将翻番。然而，传统的动物蛋白生产面临着资源消耗大、环境足迹高的严峻挑战，而大豆、豌豆等主流植物蛋白的产量也受限于耕地面积。寻找一种生长迅速、资源高效且营养丰富的新型蛋白质来源，成为保障未来粮食安全、推动食品系统可持续转型的迫切任务。在此背景下，一种毫不起眼的水生植物——浮萍（Duckweed，又称水透镜）走入了科学家的视野。这种植物拥有惊人的生长速度，单位面积的蛋白质年产量远超大豆，且氨基酸组成均衡，功能特性优良，被誉为“未来的超级作物”。但要将这种潜力转化为现实，仍有一系列问题亟待解决：如何通过栽培管理最大化其生长和蛋白质积累？如何高效、安全地从其复杂的叶片结构中提取蛋白质？其生产过程中可能存在的重金属蓄积风险又该如何控制？为了回答这些问题，由Ruvini Hiththatiyage领衔的研究团队在《Advanced Agrochem》上发表了一项系统性研究，他们以斯里兰卡本地收集的四种野生浮萍为材料，深入探究了不同肥料体系如何塑造浮萍的“成长轨迹”与“内在品质”，为浮萍蛋白的产业化应用提供了关键科学依据。
为开展这项研究，作者团队主要运用了以下几项关键技术方法：首先，他们从斯里兰卡四个不同地区采集并鉴定了四种野生浮萍：Spirodela polyrhiza (SP)、Lemna minor (LM)、Lemna perpusilla (LP) 和 Landoltia punctata (LaP)。接着，他们设计了三类肥料处理（有机肥OM、无机肥IM、复合肥CM），每种设置三个浓度梯度，在温室可控条件下进行了为期40天的栽培实验，系统监测了相对生长速率（RGR）。栽培结束后，研究者利用杜马斯定氮法测定了样品的蛋白质含量，并采用电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）分析了其矿物质及重金属组成。在蛋白质提取与表征阶段，他们平行比较了碱提取-等电点沉淀法（AE）和盐提取-透析法（SE）两种常规方法的效率。最后，综合运用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、拉曼光谱（Raman spectroscopy）、氨基酸谱分析以及持水/持油能力、乳化性等技术功能性质测定，对提取的蛋白质进行了全面表征。
3.1. Effects of Fertilizer Regimes on Growth Rate
研究发现，肥料的种类和浓度对浮萍的生长有决定性影响。整体而言，无机肥（IM）显著促进了所有测试浮萍品种的生长。其中，Lemna perpusilla (LP) 和 Lemna minor (LM) 在IM处理下表现出最高的相对生长速率（RGR）。有趣的是，对于生长迅速的LP和LM，低浓度的IM（0.5 g L-1）就足以支持其最佳生长，提高浓度并未带来进一步的增长，这暗示了养分饱和的可能，也为低成本栽培提供了依据。相比之下，有机肥（OM）处理下的生长响应因品种而异：LP在OM下依然保持了较高的生长速率，而LM的生长则受到了抑制甚至出现负增长，这可能与OM中氨的潜在毒性或养分释放不均衡有关。复合肥（CM）处理（低浓度OM与IM的组合）并未产生协同增效作用，其促生长效果普遍低于单一的IM处理。这些结果表明，在追求快速生物质积累的目标下，无机肥是更优的选择，且品种筛选至关重要——LP展现了最强的适应性和生长潜力。
3.2. Mineral Composition under Different Fertilizer Regimes
重金属安全是浮萍作为食品原料必须跨越的门槛。本研究的一个重要发现是：与野生样品相比，经过肥料（尤其是OM和CM）处理的浮萍，其重金属含量显著降低。野生浮萍因生长环境不可控，其镉（Cd）、铅（Pb）等重金属含量相对较高。而在清洁水源中施用肥料进行可控栽培后，这些有害元素的积累得到了有效遏制。在矿物质组成方面，不同处理也带来了变化：IM处理增加了钙（Ca）、铁（Fe）和锰（Mn）的含量，但降低了钾（K）、钠（Na）和镁（Mg）；OM处理则普遍降低了所有检测的宏量和微量元素水平。尽管这可能会略微影响其作为矿物质补充源的潜力，但极大地提升了其食用安全性。研究强调，在清洁水体中进行可控栽培，是生产安全、优质浮萍蛋白的最可靠策略。
3.3. Protein Content and Yield
提高蛋白质含量是研究的核心目标之一。结果表明，无机肥处理能最有效地提升浮萍的蛋白质含量。随着IM浓度增加，大多数品种的蛋白质含量呈上升趋势，其中Landoltia punctata (LaP) 和 Lemna perpusilla (LP) 在2 g L-1的IM处理下，蛋白质含量均超过了32%（干重基准）。这表明均衡、易吸收的无机养分供应高效地驱动了蛋白质的合成。在蛋白质提取环节，盐提取法（SE）在所有肥料处理下均优于碱提取法（AE），获得了更高的蛋白质得率。其中，IM处理后的样品经SE提取，得到的蛋白质得率最高，其次是CM，最后是OM。这揭示了肥料管理不仅影响“原料”的蛋白质储量，也直接影响下游加工环节的“产出”效率。
3.4. Protein Characterization
对提取的蛋白质进行深入表征证实了其优良品质。傅里叶变换红外光谱（FTIR）和拉曼光谱在1200–1700 cm-1范围内检测到了蛋白质酰胺键的特征吸收峰，确认了提取物的蛋白质本质。氨基酸谱分析显示，浮萍蛋白含有所有必需氨基酸，如赖氨酸、亮氨酸、缬氨酸和苏氨酸，其组成符合国际膳食要求，虽然含硫氨基酸可能略有不足，但这种情况与豌豆蛋白等其他植物蛋白类似。技术功能性质测试表明，浮萍蛋白具有良好的持水、持油能力以及乳化能力与稳定性，这些特性使其在食品加工中（如制作肉糜替代品、酱料、饮料等）具有实际应用潜力。
归纳研究结论和讨论
本研究系统性地阐明，通过优化肥料策略，可以协同提升浮萍作为可持续蛋白质来源的多个关键性能：无机肥料是驱动浮萍快速生长和蛋白质高效积累的最有效手段；在清洁水体中进行可控栽培能显著降低重金属污染风险，保障产品安全；在提取工艺上，盐提取法相较于碱提取法更具优势。综合生长、蛋白含量、安全性和提取效率来看，Lemna perpusilla(LP) 和 Landoltia punctata(LaP) 展现出作为高产、优质蛋白源的突出潜力。
这项研究的意义深远。首先，它为解决斯里兰卡等发展中国家面临的蛋白质缺乏问题提供了一个本地化、低成本的解决方案。浮萍栽培不占用耕地，生长迅速，能够利用废弃水体或简易设施进行生产，非常适合资源受限的地区。其次，研究建立了一套从品种筛选、栽培管理到蛋白提取与品质评价的完整技术框架，为浮萍蛋白的产业化开发提供了切实可行的技术路径。最后，该工作凸显了“循环农业”和“可持续食物系统”的理念——将浮萍生产与水资源管理、有机废弃物（如禽粪）的资源化利用相结合，有望形成一个环境友好、经济可行的新型农业模式。随着全球对替代蛋白需求的持续增长，这项研究为浮萍从“池塘中的杂草”蜕变为“未来餐盘中的营养担当”奠定了坚实的科学基础。
