植物秸稈提取液對水綿屬絲狀藻類的生長影響和脅迫作用研究

1、植物秸稈提取液對水綿屬絲狀藻類的生長影響和脅迫作用研究水生態(tài)系統(tǒng)是地球生物圈中最重要的生態(tài)系統(tǒng)之一。作為生命的起源地，其承擔(dān)著眾多功能。但如今隨著人類活動的加劇，大量的農(nóng)業(yè)工業(yè)廢水、生活污水在沒有經(jīng)過合適的處理、甚至根本沒有水處理就排入了江河湖海中，造成了大量的重金屬、難降解物質(zhì)的累計(jì)、水體富營養(yǎng)化現(xiàn)象頻發(fā)，藻類水華時(shí)有發(fā)生，給景觀、用水、人畜飲水安全造成了嚴(yán)重的影響。上海市在這方面的工作走在了全國的前列，但其中很多河道經(jīng)過清淤、駁岸整治、河道生態(tài)修復(fù)后雖然透明度有了很大提高，但出現(xiàn)了絲狀藻類（俗稱青苔）的大量爆發(fā)。影響水生態(tài)景觀效果，大量腐敗后極易影響水質(zhì)，與沉水植物等競爭水體中有限的光資源

2、，進(jìn)而影響水生態(tài)修復(fù)效果。且由于絲狀藻類爆發(fā)的時(shí)間一般是早春至夏初季節(jié)（2-5月），腐爛后形成的大量富營養(yǎng)化物質(zhì)為夏季極易爆發(fā)的微型藻類水華提供了營養(yǎng)平臺和能力基礎(chǔ)。對加劇水體富營養(yǎng)化具有重要貢獻(xiàn)。為此，對絲狀藻類的去除一直是水域生態(tài)修復(fù)工作中的一個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)。以往的絲狀藻類去除主要停留在化學(xué)藥劑去除、人工打撈等階段，但是這樣不僅工作效率低下、水體修復(fù)維護(hù)成本高、而且存在極大的二次污染風(fēng)險(xiǎn)。為此找到一條安全無污染的道路變得尤其重要。本研究先是希望通過絲狀藻類中絲狀綠藻的生境出發(fā)，找到有效抑制其生長的非生物因子。因此選擇了pH和六價(jià)鉻兩個(gè)因素。結(jié)果如下：在pH為6.0至8.0的范圍內(nèi)，法樂水綿對

3、pH脅迫具有一定的抗逆性，但pH超過8.5后，抗逆性減弱，法樂水綿出現(xiàn)生長抑制，進(jìn)一步加劇了脅迫對細(xì)胞結(jié)構(gòu)的破壞，導(dǎo)致細(xì)胞結(jié)構(gòu)變異和死亡現(xiàn)象；而六價(jià)鉻試驗(yàn)結(jié)果表明實(shí)驗(yàn)進(jìn)行96h后所有組別對水綿生長均有抑制,顯示出較明顯的劑量-效應(yīng)關(guān)系；六價(jià)銘對水綿的96hEC50fi為7.25mgL-1。水綿細(xì)胞浸出液電導(dǎo)率與MDA在顯著正相關(guān)（p<0.05,r=0.891）。水綿細(xì)胞浸出液電導(dǎo)率和MD給量與六價(jià)銘濃度分別存在顯著（p<0.05,r=0.951）和極顯著（p<0.01,r=0.977）的非線性的毒性響應(yīng)關(guān)系。通過上述實(shí)驗(yàn)作者發(fā)現(xiàn)其抑制效果并不是很明顯，其依然存在二次污染、破壞

4、水生態(tài)環(huán)境的潛在危險(xiǎn)，且非生物因子在實(shí)際控制應(yīng)用中難度相當(dāng)大，因此其可行性值得商榷。故轉(zhuǎn)向植物化感物質(zhì)提取物對絲狀綠藻抑制作用的研究。通過測定十種不同植物秸稈水浸提液（再力花、菖蒲、香蒲、黃花鳶尾、千屈菜、荇菜、金魚藻、小麥、水稻、玉米）化感物質(zhì)對絲狀藻類的作用對絲狀綠藻生物量（葉綠素a）、環(huán)境應(yīng)激酶（過氧化物酶POD超氧化物歧化酶SODK過氧化氫酶CAT、細(xì)胞內(nèi)活性物質(zhì)（丙二醛MDA）、細(xì)胞膜系統(tǒng)完整性（細(xì)胞質(zhì)外滲率EL）、光合作用速率（PSII最大光能轉(zhuǎn)換效率Fv/Fm、PSII實(shí)際光能轉(zhuǎn)化效率PSH、最大電子傳遞效率rETRmaX等定性指標(biāo)來說明其對環(huán)境脅迫的響應(yīng)。并篩選出三種對絲狀綠藻

5、抑制效果最明顯的植物秸稈（再力花、水稻、千屈菜）。之后評價(jià)了這三種種植物化感提取液對水生態(tài)系統(tǒng)中模式水生動物（浮游動物大型溞、脊椎動物斑馬魚）的毒性，發(fā)現(xiàn)其中有些植物（再力花、水稻）的化感物質(zhì)提取物具有一定的靶向針對性的去除絲狀綠藻作用并對生態(tài)系統(tǒng)其它生物毒性很低（冉力花秸稈浸提液對水綿的毒性強(qiáng)于水稻（96hEC50M力花6.85mgL-1<96hEC507K稻11.27mgL-1）。MD給量的積累和稻米提取物濃度呈正相關(guān)（p<0.05,r=0.907）,再力花提取物濃度呈正相關(guān)（p<0.01,r=0.891）。冉力花組MD順度最高值為1.884molg-1（浸提液濃度為20

6、mgL-1）,高于同濃度水稻組MD的量11.36%;電解質(zhì)外滲率（EL）也呈現(xiàn)相同趨勢。水綿屬細(xì)胞的PSII最大光能轉(zhuǎn)換效率（Fv/Fm）、PSII的實(shí)際光能轉(zhuǎn)化效率（PSH）、最大電子傳遞效率（rETRmaX變化與植物秸稈浸提液濃度呈負(fù)相關(guān)性。水稻組水綿屬細(xì)胞PSII降低了96.74%,再力花組降低了96.17%;水稻組水綿屬細(xì)胞Fv/Fm后降低了96.58%,再力花組降低了82.24%;水稻組水綿屬細(xì)胞rETRmaXW低了84.56%,再力花組降低了43.40%）。接下來對絲狀綠藻在受到植物化感物質(zhì)提取物脅迫前后的細(xì)胞顯微亞顯微結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行觀察分析，初步推斷了其作用靶向位點(diǎn)依次為：色素體、呼吸作用酶系統(tǒng)、光合作用酶系統(tǒng)、細(xì)胞質(zhì)膜。最后嘗試采用色譜分離和核磁共振的方法進(jìn)行這兩種植物化感物質(zhì)提取物的提取分離和鑒定實(shí)驗(yàn)。但由于實(shí)驗(yàn)條件摸索不明確，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)分離效果不理想，雜鋒干擾較多，具體物質(zhì)類型不明確，根據(jù)色譜