【摘 要】
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水体富营养化导致的藻类爆发,已经成为全球范围内亟需解决的重要环境问题。寻找生态安全、经济可行的水华控制方法一直以来是水生态保护领域的关键问题之一。植物化感抑藻因其生物降解性好、生态安全性高等特点,在富营养化水体治理和藻类生长控制方面具有较大应用潜力和前景。本文以湿地消落带常见植物陌上菅以及三种新型植物生长调节剂水杨酸、茉莉酸甲酯和独角金内酯作为化感供体材料,研究了其对铜绿微囊藻和斜生栅藻生长的化感
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水体富营养化导致的藻类爆发,已经成为全球范围内亟需解决的重要环境问题。寻找生态安全、经济可行的水华控制方法一直以来是水生态保护领域的关键问题之一。植物化感抑藻因其生物降解性好、生态安全性高等特点,在富营养化水体治理和藻类生长控制方面具有较大应用潜力和前景。本文以湿地消落带常见植物陌上菅以及三种新型植物生长调节剂水杨酸、茉莉酸甲酯和独角金内酯作为化感供体材料,研究了其对铜绿微囊藻和斜生栅藻生长的化感抑制效果及其作用机理。同时通过铜绿微囊藻和斜生栅藻的共同培养体系,探讨具有抑藻潜力的两种植物生长调节剂水杨酸和茉莉酸甲酯对两种藻种间竞争的影响。主要的研究结果如下:(1)陌上菅浸提液的添加显著抑制了铜绿微囊藻的生长,在初始藻密度为5×10~5cells·mL-1的条件下,0.67 g·L-1陌上菅浸提液对微囊藻的最高抑制率达到60.3%,叶绿素a(Chl a)含量显著降低,仅为对照组的35.5%。在初始藻密度为1×10~6cells·mL-1的条件下,浓度为0.67 g·L-1浸提液对藻的抑制效果随着时间的延长而增加,在第15 d抑制率达到48.2%,Chl a含量仅为对照组的34.8%。在高浓度陌上菅浸提液处理下,随着处理时间增长铜绿微囊藻中超氧化物歧化酶(SOD)活性和过氧化氢酶(CAT)活性均呈先升后降趋势,膜脂过氧化产物丙二醛(MDA)含量显著上升,而对铜绿微囊藻的细胞凋亡率和酯酶活性无显著影响。(2)陌上菅浸提液的添加显著抑制了斜生栅藻的生长,1.67 g·L-1陌上菅浸提液处理抑制率最大,可达59.6%。陌上菅浸提液处理15 d后Chl a含量显著降低,初始藻密度为5×10~5cells·mL-1时,3.33 g·L-1陌上菅浸提液处理下Chl a含量仅为对照组的28%。陌上菅浸提液浓度升高,斜生栅藻SOD活性出现先升高后降低的趋势,CAT活性以及MDA含量较对照显著提高。斜生栅藻细胞内正常酯酶活性的细胞比例显著下降,凋亡细胞率比例较对照显著上升,最高可达27%(1.67 g·L-1)。(3)三种植物生长调节剂对铜绿微囊藻的抑制效果不同,其中茉莉酸甲酯抑藻能力最强,水杨酸次之,独角金内酯最弱。处理15 d,1.0 mmol·L-1茉莉酸甲酯对铜绿微囊藻的抑制率为90.9%,微囊藻Chl a含量仅为对照组的12.9%;0.8 mmol·L-1水杨酸对微囊藻的抑制率为81.1%,Chl a含量仅为对照组的12.6%;10-3 mmol·L-1独角金内酯的抑制率仅为23.3%,Chl a含量与对照组相比无显著性差异。茉莉酸甲酯和水杨酸处理下,两种藻细胞的抗氧化物酶在短时间内活性迅速增加,MDA含量显著上升。SLs处理下抗氧化物酶活性与对照组没有明显差异,MDA含量低于对照组。(4)三种植物生长调节剂对斜生栅藻的抑制效果存在显著性差异,其中茉莉酸甲酯抑藻能力最强,水杨酸次之,独角金内酯最弱。第15 d,1.0 mmol·L-1茉莉酸甲酯对栅藻的抑制率为91.8%,Chl a含量仅为对照组的5.2%;0.8 mmol·L-1水杨酸对藻的抑制率为75.5%,Chl a含量为0.19 mg·L-1;10-3 mmol·L-1独角金内酯的抑制率仅为10.9%,Chl a含量与对照组相差不大。抗氧化酶活性和MDA含量的影响与铜绿微囊藻的研究结果类似。(5)铜绿微囊藻和斜生栅藻共培养体系中,微囊藻和栅藻1:1和2:1比例培养15 d后,对照组微囊藻的细胞密度分别是栅藻的2.4倍和9.2倍。添加茉莉酸甲酯的情况下,1:1和2:1混合培养下斜生栅藻的藻密度分别是铜绿微囊藻的3.4倍和1.7倍。添加水杨酸的情况下,1:1和2:1比例下两种藻密度均受到一定程度的抑制。综上所述,陌上菅浸提液具有较强的化感抑藻潜势,其对藻类的抑制效果与藻密度相关,藻密度较低时抑藻能力更强。相较直接导致藻细胞凋亡,陌上菅可通过削弱一系列藻类正常生理生化活动从而抑制两种藻类种群的增长。两种新型植物生长调节剂水杨酸和茉莉酸甲酯均对铜绿微囊藻和斜生栅藻有较强的抑制效果,抑制了两种藻类的光合作用,诱导氧化损伤。独脚金内酯对两种藻类的生长存在低促高抑的现象。在铜绿微囊藻和斜生栅藻共同培养体系中,水杨酸加强了两种藻的竞争从而抑制它们的生长,而茉莉酸甲酯的添加提高了斜生栅藻的竞争能力。以上结果可为陌上菅的资源化利用以及抑藻化感物质筛选提供一定的科学依据。
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