高 博，賈瑞楊，劉 洋，趙 燕

(曲阜師范大學生命科學學院，山東曲阜 273165)

1 引言

隨著人們對有機磷農(nóng)藥需求的日益增長，大量含有有機磷農(nóng)藥的廢水被排入水體，并且被水體中的懸浮顆粒物吸附最終沉積到水體底部［1］。水體中殘留的有機磷農(nóng)藥導致了水體的富營養(yǎng)化劇增［2］。其中氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)的濃度大增，導致藻類以及大型水生植物的異常繁殖，影響了水生動物的生長繁殖。利用綠色植物系統(tǒng)通過轉(zhuǎn)移、降解等方式修復污染土壤、水體的修復技術(shù)，可以有效地吸收水體中的氮磷營養(yǎng)物質(zhì)，控制水體的富營養(yǎng)化［3］。目前，有關(guān)這方面的研究有很多，傅以鋼等［4］研究了3種水生植物對水溶液中樂果的降解作用，方焰星等［5］研究了穗狀狐尾藻等5種水生植物對污染水體氮磷的凈化效果，包先明等［6］研究了種植沉水植物對富營養(yǎng)化化水體沉積物中磷形態(tài)的影響，張福林等［7］研究了不同沉水植物對沉積物磷遷移轉(zhuǎn)化的影響，可見有越來越多的研究集中在了水生植物對水體中氮磷元素的凈化作用研究上。

本文主要研究了穗狀狐尾藻 (Myriophyllum spicatum)和金魚藻 (Ceratophyllum demersum)這2種沉水植物對水體中有機磷農(nóng)藥殘留的凈化作用，以及他們在凈化過程中的各自的優(yōu)點。同時還研究了水中有機磷農(nóng)藥的殘留對穗狀狐尾藻和金魚藻的毒性作用，揭示了不同的藻類對水體中有機磷殘留的去除效果。為去除水中過剩的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，治理水體富營養(yǎng)化提供了切實可行的依據(jù)。

2 實驗部分

2.1 儀器與試劑

2.1.1 儀器

723N分光光度計，分析天平，移液管，具塞刻度試管，研缽，鐵架臺，玻璃棒，研缽，100ml小燒杯，容量瓶，大試管，普通試管，注射器，水浴鍋，漏斗，漏斗架，濾紙，剪刀，醫(yī)用手提式蒸氣消毒器 (1.1～1.4kg/cm2)。

2.1.2 試劑

硫酸，硝酸，磷酸，過硫酸鉀，磷酸二氫鉀，抗壞血酸，鉬酸銨，80%丙酮，考馬斯亮藍G－250，無水乙醇，牛血清蛋白，茚三酮，冰醋酸，3%磺基水楊酸，甲苯。

2.2 材料與方法

2.2.1 材料

(1)有機磷農(nóng)藥的選取

樂果是一種用途較廣、產(chǎn)量較大的殺蟲劑，適用于多種作物害蟲的防治。并且樂果較易揮發(fā)，易散失到水體中，造成水體的富營養(yǎng)化，還可通過食物鏈的富集作用轉(zhuǎn)移到人體，對人體產(chǎn)生傷害［8］。因此，選擇樂果作為試驗對象。

(2)穗狀狐尾藻與金魚藻的獲得

穗狀狐尾藻 (Myriophyllum spicatum)，采于微山湖，采回后在曲阜師范大學生命科學學院環(huán)境實驗室馴化培養(yǎng)。金魚藻 (Ceratophyllum demersum)，采于曲阜市小沂河，采回后在曲阜師范大學生命科學學院環(huán)境實驗室培養(yǎng)。

(3)Hoagland營養(yǎng)液的配置

本實驗所用營養(yǎng)液為Hoagland營養(yǎng)液，穗狀狐尾藻與金魚藻種植都用Hoagland(0.25)營養(yǎng)液。營養(yǎng)液的配方主要有:①微量元素:H3BO36.2mg/L，KI 0.83mg/L，MnSO422.3mg/L，ZnSO48.6mg/L，Na2MO4·2H2O 0.25mg/L，CuSO4·5H2O 0.025mg/L，CaCl2·6H2O 0.025mg/L;②大量元素:Ca(NO3)2945mg/L，KNO3506mg/L，KH2PO4136mg/L，MgSO4·7H20 493mg/L，NH4NO380mg/L，F(xiàn)eEDTA溶液2.5ml/L。

(4)藻類的馴化

實驗前兩周將穗狀狐尾藻與金魚藻分別在實驗室內(nèi)進行訓化，并定期觀察兩種藻類的生長狀況，控制馴化過程中的溫度、陽光以及pH。兩周后生長良好方可進行實驗，選取新長出的嫩葉，葉莖完整以及長勢較好的部分用于實驗。

(5)藻類的培養(yǎng)

分別選取已馴化好的穗狀狐尾藻和金魚藻，仔細清洗附著在其葉莖上的雜物避免其對實驗產(chǎn)生干擾，并將金魚藻和穗狀狐尾藻分別平均分成6份(質(zhì)量，生長狀況，嫩葉的新鮮度，顏色)基本相同。接著將他們分別放入12個容量為2L的大燒杯中，均加入1L的Hoagland營養(yǎng)液。配置兩個相同的農(nóng)藥梯度 (0.0mg/kg、3.7mg/kg、7.5mg/kg、15.0mg/kg、30.0mg/kg、60.0mg/kg)。并將配置好的6個農(nóng)藥梯度分別投放到6個燒杯中編號 (1號、2號、3號、4號、5號、6號)并記錄各個編號的農(nóng)藥梯度。每隔3天分別測量燒杯內(nèi)農(nóng)藥的殘留量，穗狀狐尾藻以及金魚藻的葉綠素，蛋白質(zhì)以及脯氨酸的含量。

2.2.2 實驗方法

(1)培養(yǎng)液中總磷的測定

選用鉬酸銨分光光度法 (GB 11893－89)，分別從12個燒杯中取出一定量的試樣，經(jīng)過一系列步驟的處理，在700nm波長下，以水做參比，測定吸光度?？鄢瞻自囼灥奈舛群?，從標準曲線上查得磷的含量。

(2)設(shè)立空白對照

每種藻設(shè)置一組空白對照，在培養(yǎng)時加入相應(yīng)的營養(yǎng)液和蒸餾水代替有機磷農(nóng)藥。

(3)藻類葉綠素a的測定

每隔3天從每一燒杯分別稱取穗狀狐尾藻和金魚藻 2mg綠葉，經(jīng)過一系列處理，于 663nm、645nm的721nm分光光度計中測定其吸光度。

(4)藻類蛋白質(zhì)的測定

從燒杯中分別準確稱取2mg穗狀狐尾藻和金魚藻，處理后于595nm波長721nm分光光度計中測量蛋白質(zhì)的含量。

(5)藻類脯氨酸的測定

分別從各個燒杯中準確稱取穗狀狐尾藻和金魚藻葉片各0.5g，經(jīng)過一定步驟的處理后，以甲苯為空白對照，在分光光度計上520nm波長處比色，計算出脯氨酸的值。

(6)數(shù)據(jù)分析

根據(jù)試驗所得的穗狀狐尾藻和金魚藻的葉綠素a，蛋白質(zhì)，脯氨酸等不同的含量，從而得出植物的生物指標隨著培養(yǎng)液中不同有機磷農(nóng)藥濃度對這3者指標所產(chǎn)生的毒性作用的影響。并且由測得總磷含量，反應(yīng)出兩種沉水植物對有機磷農(nóng)藥的凈化作用。

3 結(jié)果與分析

3.1 對總磷 (TP)的凈化效果

樂果屬有機磷類農(nóng)藥，其廢水中COD、總磷、無機磷含量極高［9］，BOD5/COD值很小，COD與有機硫的比值也很低［10］，因此對試驗各個時期各樣品水體中總磷含量的測量，是評價穗狀狐尾藻與金魚藻對有機磷農(nóng)藥樂果凈化作用的重要指標。

表1 兩種沉水植物的TP含量變化Tab.1 Content variation of TP in two submerged macrophytes

圖1 金魚藻水體中TP含量變化fig.1 Content variation of TP in water with Ceratophyllum demersum

圖2 穗狀狐尾藻水體中TP含量變化ig.2 Content variation of TP in water with Myriophyllum spicatum

表1記錄的試驗數(shù)據(jù)能夠作出相應(yīng)的兩種沉水植物的TP含量變化趨勢圖。通過圖1、圖2可以看出，在試驗初期，低樂果含量的金魚藻生長水體中，TP含量呈現(xiàn)上升趨勢，在后期則有明顯下降;而在較高樂果含量的金魚藻生長水體匯總，TP含量呈現(xiàn)先下降后上升?？梢哉f明，金魚藻對低濃度的含樂果水體先有一個適應(yīng)過程，達到最大的抗逆濃度后，開始對有機磷農(nóng)藥樂果產(chǎn)生凈化作用。在較高濃度范圍，金魚藻對水體有一定的凈化作用，但因為有機磷農(nóng)藥樂果的投放超過了金魚藻所能承受最大抗逆濃度，所以在后期TP含量又開始上升，而且金魚藻也出現(xiàn)了枯黃現(xiàn)象。

在狐尾藻所有6個試驗組中，除了4號以外，其他的5組的TP含量都是逐漸下降，而4號也是呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢。這說明，狐尾藻對于有機磷農(nóng)藥樂果的凈化作用是比較顯著的。

3.2 有機磷農(nóng)藥對葉綠素a含量的影響

水體中氮、磷等營養(yǎng)成分的增加，會使水體中生物 (特別是浮游植物)的生產(chǎn)量增加，導致水體的富營養(yǎng)化現(xiàn)象，因此可通過測定葉綠素a的含量來表明水體中藻類的現(xiàn)存量［11］。

圖3 金魚藻葉綠素a含量變化Fig.3 Content variation of Chlorophyll a in Ceratophyllum demersum

圖4 穗狀狐尾藻葉綠素a含量變化Fig.4 Content variation of Chlorophyll a in Myriophyllum spicatum

通過圖3、圖4中金魚藻與狐尾藻的各階段試驗數(shù)據(jù)可以看出，金魚藻的各組葉綠素a含量變化基本是先下降后上升的過程，其中1號的后期葉綠素a含量上升最大。結(jié)合TP含量的變化趨勢可以看出，金魚藻葉綠素a含量變化與TP含量的變化呈現(xiàn)負相關(guān)關(guān)系。狐尾藻的各組葉綠素a含量變化基本呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢，其中6號的上升量最大。結(jié)合TP含量的變化趨勢能夠得出，狐尾藻葉綠素a含量的變化與TP含量的變化基本呈現(xiàn)負相關(guān)關(guān)系。

3.3 有機磷農(nóng)藥對蛋白質(zhì)含量的影響

蛋白質(zhì)具有較強的親水膠體性質(zhì)，可影響細胞的保水力［12］。變化了的環(huán)境因子或環(huán)境脅迫都會影響細胞內(nèi)的可溶性蛋白［13］。水分脅迫可以誘導一些與適應(yīng)水分脅迫有關(guān)的基因表達，從而引起蛋白質(zhì)合成的變化并產(chǎn)生水分脅迫誘導蛋白。高質(zhì)量分數(shù)的可溶性蛋白可使細胞維持較低的滲透勢，從而抵抗水分脅迫帶來的傷害［14］。

表2 兩種沉水植物的蛋白質(zhì)含量變化Tab.2 Content variation of protein in two submerged macrophytes

從表2可以看出，隨著兩種沉水植物在水體中生長時間的延長，金魚藻的2號～5號組的蛋白質(zhì)含量是上升的，而1號與6號的蛋白質(zhì)含量出現(xiàn)了下降。狐尾藻的每組蛋白質(zhì)含量都呈現(xiàn)出了較大幅度的上升。蛋白質(zhì)增長含量變化的程度可以反映出植物抗逆性的大小，增量越大，說明植物抗逆性越強。能夠得到，在相同的水質(zhì)條件下，穗狀狐尾藻的抗逆性要高于金魚藻。

3.4 有機磷農(nóng)藥對脯氨酸含量的影響

當植物遭受逆境脅迫時，其體內(nèi)積累的脯氨酸有利于提高植物的抗脅迫能力。這些植物通過體內(nèi)脯氨酸的積累，提高滲透調(diào)節(jié)能力，保持原生質(zhì)與環(huán)境滲透平衡，防止水分散失，以抵御環(huán)境脅迫，保證其在環(huán)境惡劣情況下能得以生存［15］。

圖5 兩種沉水植物的脯氨酸含量變化Fig.5 Content variation of proline in two submerged macrophytes

由圖5可見，在加入有機磷農(nóng)藥樂果的水體中培養(yǎng)期間，隨著植物生長期的變化，金魚藻以及穗狀狐尾藻體內(nèi)脯氨酸含量有明顯的變化。并且，隨著兩種沉水植物生長時間的延長，植物葉片內(nèi)脯氨酸的含量呈現(xiàn)出上升的趨勢。每個階段之間脯氨酸含量增長值變化的大小可以反映出植物抗逆性的大小，增量越大，說明植物抗逆性越強［16］。從圖5可以看出，金魚藻在低有機磷農(nóng)藥濃度的水體中的抗逆性要低于穗狀狐尾藻，而在高有機磷農(nóng)藥濃度的水體中，金魚藻的抗逆性要高于穗狀狐尾藻。

4 結(jié)論

(1)沉水植物穗狀狐尾藻和金魚藻對水體中的有機磷農(nóng)藥樂果具有凈化作用，且兩種沉水植物的凈化效果存在著一定差異;穗狀狐尾藻對于樂果的凈化作用要強于金魚藻。

(2)從生物量的增長情況來看，金魚藻和穗狀狐尾藻的葉綠素a含量都有不同程度的增加，統(tǒng)計不同水質(zhì)下的2種植物的葉綠素a含量可以得出，穗狀狐尾藻的生物量增長要高于金魚藻，說明穗狀狐尾藻更能適應(yīng)含有樂果的逆境條件。

(3)兩種沉水植物的蛋白質(zhì)以及脯氨酸含量在不同的水質(zhì)條件下都基本呈現(xiàn)出增長趨勢，且在各種條件下，穗狀狐尾藻相對金魚藻的蛋白質(zhì)以及脯氨酸含量的增長量都要高。既可以表明蛋白質(zhì)和脯氨酸是植物體內(nèi)的一種抗逆調(diào)節(jié)物質(zhì)，也說明穗狀狐尾藻生長情況要好于金魚藻。

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