随着水体富营养化加剧，季节性缺氧区在内陆湖库、河口海域持续扩张，水体溶解氧下降会引发水生动物应激、死亡，改变氮磷循环路径，释放底泥内源污染物，形成“低氧 - 内源污染”正反馈效应。解析水生生物、底栖微生物对低氧胁迫的响应规律，是评估水体缺氧生态危害、制定富营养化管控方案的基础科学问题。
水生低氧实验分为原位野外观测与室内模拟实验。野外原位实验环境干扰因素多，变量难以控制；传统室内低氧实验多采用密闭容器通入氮气吹扫水体降低溶氧，存在氧浓度维持困难、温度波动、CO₂蓄积、平行样之间差异大等短板，难以开展长时间、多水平梯度低氧以及低氧 - 复氧交替扰动实验。
三气培养箱通过N₂置换、氧传感器闭环反馈，精准控制腔体内O₂、CO₂浓度与温度，在细胞低氧模型中应用成熟，但在环境科学水生生态模拟实验中的应用仍有待拓展。本研究利用博清生物三气培养箱搭建气相调控 - 水相密闭耦合低氧模拟系统，构建不同梯度低氧环境，开展水生动物生理分子响应与底泥微生物群落变化研究，验证该设备在水生生态低氧模拟实验中的稳定性与适用性，建立标准化室内水生低氧胁迫实验方案。
一、材料与方法
（一）实验仪器
博清生物三气培养箱（ZJS-160-J），配备锆系氧传感器、红外CO₂传感器，PT100高精度温度传感；温度控制范围：室温+ 3~60℃，O₂调节区间1%~95%，CO₂ 0~20%；内胆304不锈钢圆弧无死角结构，箱门开启时循环风扇自动停机，降低气体流失；内置紫外消毒模块，防止交叉污染；支持多组程序存储，可设置低氧、复氧时序自动切换，适配周期性缺氧模拟实验。配套设备：便携式溶氧仪、实时荧光定量PCR仪、高速冷冻离心机、超纯水机、微生物高通量测序系统。
（二）实验材料
野生型斑马鱼幼体（21dpf），采自实验室循环水养殖系统；表层淡水底泥采集于城郊湖泊，去除动植物残体，混匀静置；实验用水为曝气24h脱氯自来水。
（三）实验设计
设置3组气相处理：常氧对照组（21% O₂）、中度低氧组（10% O₂）、重度低氧组（5% O₂），每组3个生物学平行。密闭培养瓶装入底泥与实验水体，放入博清生物三气培养箱，恒温 25℃，CO₂维持0.04%模拟大气本底。系统预平衡24h，待水体溶氧稳定后开始胁迫实验，胁迫时长48h，设置取样时间点0h、12h、24h、48h；另增设低氧 - 复氧组，5% O₂胁迫24h后切换至21% O₂复氧24h，模拟自然水体缺氧消退过程。
（四）样品检测指标
1、水体理化指标：溶解氧DO、pH、氨氮、亚硝酸盐氮；
2、水生生物指标：斑马鱼幼体存活率、肝脏SOD、CAT、MDA，HIF-1α基因相对表达量；
3、微生物指标：底泥微生物16S rRNA高通量测序，群落组成与功能预测。
二、结果与分析
（一）博清生物三气培养箱低氧环境稳定性评估
连续48h监测箱内气相氧浓度：常氧组稳定维持20.8%~21.2%；10% 低氧组波动≤±0.3%；5%重度低氧组波动≤±0.2%。单次开门取样（30s内），箱内氧浓度小幅上升，设备快速通过氮气补给，3min内恢复设定氧浓度。箱内腔体不同位置气体浓度均匀，无局部氧梯度。配套密闭水相体系的水体溶氧与气相氧分压保持稳定平衡，无持续漂移，证明该设备能够长时间稳定维持梯度低氧环境，解决传统氮气吹扫体系溶氧难以稳定维持的痛点。
（二）低氧胁迫对斑马鱼幼体生理与基因表达的影响
随低氧程度加剧，斑马鱼幼体存活率下降。重度低氧组（5% O₂）胁迫48h存活率显著低于对照组。低氧诱导因子HIF-1α mRNA表达显著上调，12h达到峰值；抗氧化酶SOD、CAT活性显著升高，MDA含量累积，说明低氧胁迫诱发氧化应激，机体启动抗氧化防御系统以减轻活性氧损伤。低氧 - 复氧组在复氧后，HIF-1α表达回落，但MDA仍维持较高水平，提示复氧阶段会产生氧化爆发，这与自然水体缺氧消退过程生物损伤效应一致。
（三）低氧胁迫对底泥微生物群落结构的影响
高通量测序结果显示，低氧条件显著改变底泥微生物群落组成。常氧组以好氧变形菌门为主；低氧环境下，反硝化菌、产甲烷相关厌氧微生物相对丰度显著上升。冗余分析表明，溶解氧是驱动微生物群落演替的首要环境因子。低氧促进底泥厌氧氮转化过程，提升氨氮释放潜力，解释了湖泊缺氧期内源氮释放增强的微观机制。
三、讨论
传统水生低氧模拟依靠水体直接氮气曝气，体系密闭后溶氧会随生物呼吸持续下降，无法恒定维持目标低氧水平，批次平行性差，难以开展时序扰动实验。本研究采用博清生物三气培养箱调控气相氧分压，气相与密闭水相达到氧平衡，实现水体溶氧长期稳定，氧浓度、温度、CO₂多参数协同可控，支持急性低氧、持续亚急性低氧、周期性低氧复氧等多种生态场景模拟。
博清生物三气培养箱的氧传感器响应灵敏，气体补入速度快，短时间开门取样带来的扰动可快速恢复；内胆易清洁、紫外消毒可抑制杂菌污染，适合环境微生物与水生生物联合培养实验。相较于低氧工作站，腔体容积更大，可同时放置多组培养容器，平行样本通量更高。
博清生物科技（南京）有限公司研发的三气培养箱可精准、稳定构建梯度低氧气相微环境，耦合密闭水相体系实现水生生态低氧胁迫室内模拟。该系统参数稳定性强、平行性好，支持时序低氧 - 复氧扰动实验，能够满足环境科学领域水生生物生理响应、分子毒理、底泥生源要素循环与微生物群落研究需求，弥补传统水体低氧模拟方法稳定性不足的缺陷，为湖泊、河口缺氧生态效应评估及污染控制研究提供可靠的实验平台。
