吳 珊,李孝紅,楊 龍

(北京工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院,北京 100124)

鄰苯二酚和鄰苯三酚對藻類化感作用的試驗(yàn)

吳 珊,李孝紅,楊 龍

(北京工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院,北京 100124)

以藻類細(xì)胞的葉綠素a含量變化為指標(biāo)來分析不同濃度的鄰苯二酚和鄰苯三酚對蛋白核小球藻以及斜生柵藻生長代謝的化感作用程度,初步確定了鄰苯二酚(O-Dihydroxybenzene)和鄰苯三酚(Pyrogallol)對兩種藻類生長抑制程度最高的投加量,為篩選高效抑藻化感物質(zhì)及其最佳作用濃度提供了試驗(yàn)依據(jù)。

化感作用;鄰苯二酚;鄰苯三酚;藻類;葉綠素a

再生水應(yīng)用于補(bǔ)充天然水體或作為景觀水體的主要補(bǔ)水水源是目前城市污水再生利用的主要途徑之一。根據(jù)北京市水務(wù)局公布的數(shù)據(jù),2008年北京市城市河湖利用再生水1.8億m3,占到北京市全年再生水利用總量6.2億m3的29%。但由于再生水的水質(zhì)特點(diǎn),營養(yǎng)物本底濃度較高,排入景觀水體后在其他條件適宜的情況下更易導(dǎo)致水中發(fā)生水華,出現(xiàn)水體富營養(yǎng)化的問題,從而引發(fā)一系列環(huán)境問題。因此,研究人員致力于研究各種不同的技術(shù)手段力圖找到有效措施或方法解決再生水帶來的景觀水體富營養(yǎng)化問題。其中利用水生植物對富營養(yǎng)化水體進(jìn)行修復(fù)的技術(shù)逐漸被重視[1]。

目前被廣泛接受的化感作用定義“植物或微生物的代謝分泌物對環(huán)境中其他植物或微生物有利或不利的作用”是E.L.Rice 1984年在《Allelopathy》第2版中提出的[2]?；凶饔檬峭ㄟ^化感物質(zhì)為媒介發(fā)生的?；形镔|(zhì)(Allelochemical)屬于生物體內(nèi)產(chǎn)生的非營養(yǎng)性物質(zhì)(次生代謝物質(zhì)),其能影響其他生物的生長、代謝、行為或群體關(guān)系。植物體可以通過根系分泌、莖葉淋溶、揮發(fā)性氣體物質(zhì)及植物殘體的腐解等途徑向周圍環(huán)境釋放化感物質(zhì),對本身或周圍其他生物(包括微生物、動物)產(chǎn)生促進(jìn)、抑制或非生命因素的抵抗作用[3-5]。近幾年來,隨著水生植物對藻類的化感作用的被發(fā)現(xiàn)和不斷研究,證實(shí)不同種類的水生植物分泌的化感物質(zhì)在一定濃度下可以對多種藻類的代謝產(chǎn)生抑制作用,很多化感物質(zhì)對環(huán)境沒有副作用,易分解;同時,通過選擇種植適宜的水生植物來抑制藻類生長,不需投加化學(xué)藥劑,也不需要耗能,在抑藻的同時還能起到美化水環(huán)境的功效。選擇具有一定經(jīng)濟(jì)價值的水生植物不僅可以維持水環(huán)境的穩(wěn)定還可以創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)利潤[6],可以視為是一種“低碳綠色”的水體藻類控制技術(shù)。水生植物的抑藻效果會隨著水生植物的種類、群落的配置、水體的透明度、水中污染物的濃度等因素而受到影響[7]。近年來研究化感作用抑藻的技術(shù)逐漸成為控制水體富營養(yǎng)化的途徑之一。

化感物質(zhì)對藻類生長的抑制機(jī)理包括對光合作用的影響、對酶活性的影響、破壞細(xì)胞膜、影響呼吸代謝、抑制營養(yǎng)吸收、改變細(xì)胞亞顯微結(jié)構(gòu)等[8-10]。到目前為止,大多數(shù)研究人員對化感作用的研究主要集中在具有抑藻能力的水生植物的篩選和抑藻化感物質(zhì)的分離方面[11]。由于各類生物體的生長特性不同,某一化感物質(zhì)只能對一定生物體的生長代謝產(chǎn)生抑制作用,而且,隨著化感物質(zhì)濃度的變化,抑制作用強(qiáng)度也會發(fā)生變化甚至從抑制作用變?yōu)榇龠M(jìn)作用。鄰苯二酚(O-Dihydroxybenzene)是已經(jīng)被研究證實(shí)的對銅綠微囊藻(M.aeruginosa)有化感作用的化感物質(zhì)[12],但其具體作用濃度范圍及最佳的抑制濃度還未見報道;鄰苯三酚(Pyrogallol)也是一種已經(jīng)被研究證實(shí)的對銅綠微囊藻(M.aeruginosa)有化感作用的化感物質(zhì),對其化感作用機(jī)理和作用濃度有研究[13],其對其他藻類是否有抑制作用及最佳的抑制濃度還未見報道。筆者選擇北京市景觀水體中常見的優(yōu)勢藻種蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa Chick)(以下簡稱小球藻)和斜生柵藻(Scenedesmus oblipuus)為化感作用試驗(yàn)對象,通過在培養(yǎng)基中分別添加不同濃度的化感物質(zhì)——鄰苯二酚和鄰苯三酚,測定藻細(xì)胞的葉綠素a含量來分析鄰苯二酚和鄰苯三酚對特定藻類的化感作用及其濃度范圍,為通過化感作用抑藻提供試驗(yàn)參考。

1 材料與方法

1.1 材料

藻類及培養(yǎng)條件:小球藻和斜生柵藻由中國科學(xué)院武漢水生生物研究所淡水藻種庫提供。培養(yǎng)基以SE培養(yǎng)基為基礎(chǔ),其中根據(jù)試驗(yàn)添加不同濃度、不同種類的化感物質(zhì),同時以不添加化感物質(zhì)的為空白對照。藻類試驗(yàn)前經(jīng)預(yù)培養(yǎng),使之處于對數(shù)生長期。試驗(yàn)培養(yǎng)過程中光暗比控制在14h∶10h,培養(yǎng)溫度為25℃。

化感物質(zhì):鄰苯二酚和鄰苯三酚。ρ=0.0001 g/mL。

1.2 試驗(yàn)方法

在一系列250mL錐形瓶中分別加入195mL SE培養(yǎng)基和不同濃度的化感物質(zhì)(鄰苯二酚和鄰苯三酚)溶液,化感物質(zhì)體積分別為 0mL,1mL,2mL,4mL,8 mL,使形成化感物質(zhì)的質(zhì)量濃度依次為0mg/L,0.5mg/L,1mg/L,2mg/L和4mg/L的系列藻類培養(yǎng)液,高溫滅菌后加入5mL藻種,每組設(shè)置2個平行樣。

2 結(jié)果與討論

2.1 鄰苯二酚和鄰苯三酚對斜生柵藻生長的影響

2.2.1 鄰苯二酚對斜生柵藻生長的影響

圖1所示為在整個培養(yǎng)周期內(nèi),以葉綠素a含量為指標(biāo)反映出的不同濃度的鄰苯二酚對斜生柵藻生長的影響。

圖1 鄰苯二酚對柵藻Chl-a含量的影響

可以看出,鄰苯二酚對斜生柵藻的化感作用是從培養(yǎng)第6天后開始逐漸顯現(xiàn)的,從第6天開始,添加鄰苯二酚的各組生長速率明顯下降低于對照組,之后各組的生長速率均始終低于對照組,直至培養(yǎng)結(jié)束。從最終結(jié)果看,鄰苯二酚質(zhì)量濃度為4mg/L時抑制效果最明顯,以葉綠素a含量計算的抑制率為36.1%。培養(yǎng)結(jié)束時對照組 ρ(Chl-a)為80.39 mg/m3,4mg/L組的 ρ(Chl-a)為 51.49mg/m3。

2.1.2 鄰苯三酚對斜生柵藻生長的影響

圖2所示為在整個培養(yǎng)周期內(nèi),以葉綠素a含量為指標(biāo)反映出的不同濃度的鄰苯三酚對斜生柵藻生長的影響。

圖2 鄰苯三酚對柵藻Chl-a質(zhì)量濃度的影響

可以看出,基本上所有投加的鄰苯三酚對斜生柵藻的化感作用也是從培養(yǎng)第6天后開始逐漸顯現(xiàn),但投加ρ=4mg/L的鄰苯三酚更早表現(xiàn)出抑制作用。從第6天之后的變化規(guī)律與鄰苯二酚相比略有不同,培養(yǎng)第6天到15天基本所有投加濃度下都表現(xiàn)出不同程度的化感作用,16d后投加質(zhì)量濃度為4mg/L的鄰苯三酚已經(jīng)從對藻類生長的抑制變?yōu)榇龠M(jìn)作用。從最終結(jié)果看,鄰苯三酚質(zhì)量濃度為2mg/L時抑制效果始終保持且最明顯。以葉綠素a含量計算的抑制率為15.4%。培養(yǎng)結(jié)束時對照組ρ(Chl-a)為80.58mg/m3,2mg/L組的 ρ(Chl-a)為 68.20mg/m3。

2.2 鄰苯二酚和鄰苯三酚對小球藻葉綠素a含量的影響

2.2.1 鄰苯二酚對小球藻葉綠素a含量的影響

圖3所示為在整個培養(yǎng)周期內(nèi),以葉綠素a含量為指標(biāo)反映出的不同濃度的鄰苯二酚對小球藻的化感作用。

圖3 鄰苯二酚對小球藻Chl-a含量的影響

與對斜生柵藻的抑制效果不同,鄰苯二酚對小球藻的化感作用出現(xiàn)在培養(yǎng)周期后期,基本上到第14天后各濃度組才都出現(xiàn)不同程度的對小球藻生長的抑制作用,且前期不穩(wěn)定,有時表現(xiàn)為促進(jìn)作用。最終抑制作用最強(qiáng)的是鄰苯二酚質(zhì)量濃度為2mg/L的情況。以葉綠素 a含量計算的抑制率為11.8%。培養(yǎng)結(jié)束時對照組ρ(Chl-a)為934.78mg/m3,2mg/L組的 ρ(Chl-a)為 824.70mg/m3。

2.2.2 鄰苯三酚對小球藻葉綠素a含量的影響

圖4所示為在整個培養(yǎng)周期內(nèi),以葉綠素a含量為指標(biāo)反映出的不同濃度的鄰苯三酚對小球藻生長的影響情況。

圖4中可見,鄰苯三酚對小球藻的生長抑制出現(xiàn)在培養(yǎng)第12天以后,各濃度組均有作用。前期不穩(wěn)定,有時表現(xiàn)為促進(jìn)作用。綜合看以1mg/L濃度組最好。以葉綠素a含量計算的抑制率為19.5%。培養(yǎng)結(jié)束時對照組ρ(Chl-a)為1018.0mg/m3,1mg/L組的 ρ(Chl-a)為819.14mg/m3。

圖4 鄰苯三酚對小球藻Chl-a含量的影響

3 結(jié) 論

作為化感物質(zhì),鄰苯二酚、鄰苯三酚在 ρ=0.5～4mg/L不同濃度下對斜生柵藻和小球藻的生長速度都有一定的影響。相比而言,鄰苯二酚對斜生柵藻的化感作用最強(qiáng)。鄰苯二酚和鄰苯三酚對小球藻的化感作用表現(xiàn)為出現(xiàn)時間晚,且前期不穩(wěn)定,有時表現(xiàn)為促進(jìn)作用。具體如下:

a.培養(yǎng)結(jié)束時測定添加了鄰苯二酚的各組斜生柵藻增長速率均低于對照組,其中質(zhì)量濃度為4mg/L時對斜生柵藻生長的抑制作用最強(qiáng),以葉綠素a含量計算的抑制率為36.1%。而小球藻在培養(yǎng)基中添加鄰苯二酚后,生長速度表現(xiàn)為提高→降低→提高的波形變化。培養(yǎng)結(jié)束時測定鄰苯二酚質(zhì)量濃度為2 mg/L時對小球藻抑制作用最強(qiáng),為11.8%。

b.培養(yǎng)結(jié)束時測定添加了鄰苯三酚的各組斜生柵藻增長速率均低于對照組,其中質(zhì)量濃度為2 mg/L時對斜生柵藻生長的抑制作用最強(qiáng),以葉綠素a含量計算的抑制率為15.4%。鄰苯三酚對小球藻生長速度的影響與斜生柵藻基本類似,先快后慢。培養(yǎng)結(jié)束時測定鄰苯三酚質(zhì)量濃度為1mg/L時對小球藻抑制作用最強(qiáng),為19.5%。

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Experimental study of effect of O-Dihydroxybenzene and Pyrogallol on algae allelopathy

WU Shan,LI Xiao-hong,YANG Long
(College of Architecture and Civil Engineering,Beijing University of Technology,Beijing 100124,China)

Taking the variation of the content of chlorophyll a in algal cells as an index,the allelopathy of different concentrations ofO-DihydroxybenzeneandPyrogallolon the growth and metabolism ofChlorella pyrenoidosa ChickandScenedesmusoblipuuswas analyzed.The dosages ofO-DihydroxybenzeneandPyrogallolthat inhibited two algae to the highest degree were determined preliminarily.It provided an experimental basis for filtering efficient algal allelochemicals and optimal concentration.

allelopathy;O-Dihydroxybenzene;Pyrogallol;alga;chlorophyll a

X52

A

1004-6933(2011)03-0069-03

10.3969/j.issn.1004-6933.2011.03.017

吳珊(1963—),女,北京人,副教授,博士,主要從事水質(zhì)控制研究工作。E-mail:wushan@bjut.edu.cn

(收稿日期:2010-10-07 編輯:高渭文)