王賽君 吳 湘 王奕棉 樓雯靚 盧雨芳

(浙江省水生生物資源養(yǎng)護與開發(fā)技術(shù)研究重點實驗室 湖州師范學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院 湖州 313000)

水生入侵植物對常見水華的抑藻效應(yīng)及其影響機理*

王賽君 吳 湘①王奕棉 樓雯靚 盧雨芳

(浙江省水生生物資源養(yǎng)護與開發(fā)技術(shù)研究重點實驗室 湖州師范學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院 湖州 313000)

為促使水生入侵植物的資源化利用以減少其對環(huán)境的危害, 本文選取我國 3種常見水生入侵植物, 即水浮蓮(Pistia stratiotes)、鳳眼蓮(Eichhornia crassipes)、空心蓮子草(Alternanthera philoxeroides)作為研究對象, 研究不同的植物化感作用方式(植物種植水抑藻、植物粗提物抑藻)對蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)、梅尼小環(huán)藻(Cyclotella meneghiniana)、銅綠微囊藻(Microcystis aeruginosa)這3種常見水華微藻生長的抑制作用差異及其影響機理。結(jié)果表明, 3種植物的種植水和粗提物均對不同微藻表現(xiàn)出選擇性抑制作用, 且種植水的抑藻效果總體強于粗提物。其中以空心蓮子草種植水對銅綠微囊藻的抑制作用最強, 共培養(yǎng)第7天藻細胞光密度OD750值下降78.19%, 葉綠素a(chla)含量下降96.61%。銅綠微囊藻在空心蓮子草種植水影響下, 藻細胞的呼吸速率先升高后降低, 光合速率逐漸降低, 超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)、過氧化物酶(peroxidase, POD)、過氧化氫酶(catalase,CAT)等抗氧化酶的活性, 以及蛋白質(zhì)和膜脂過氧化產(chǎn)物丙二醛(malondialdehyde, MDA)的含量均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢, 由此可知銅綠微囊藻在共培養(yǎng)過程中受到了明顯的脅迫和傷害。而在共培養(yǎng)第11天, 實驗組的胞外藻毒素含量較對照組僅增加8.69%, 差異不顯著(P＞0.05), 說明空心蓮子草種植水在有效抑制銅綠微囊藻生長的同時不會促進藻毒素的釋放, 具有較好的生態(tài)安全性。

水生入侵植物; 微藻; 化感作用; 生長抑制; 抑藻機理

隨著水體富營養(yǎng)化程度的加劇, 頻繁暴發(fā)的水華嚴重威脅水環(huán)境安全并成為全球關(guān)注的水環(huán)境問題(Heisleret al, 2008; O′Neilet al, 2012)。因此, 尋找高效、安全、簡便的抑藻方法已成為水環(huán)境保護領(lǐng)域一個前沿和熱點的研究課題。利用水生植物產(chǎn)生的化感物質(zhì)控制有害藻類的生長是一種較有前景的生態(tài)抑藻方法(Xiaoet al, 2010), 具有效果好、費用低、材料天然易得、不易造成二次污染等優(yōu)點。目前已發(fā)現(xiàn)多種水生植物的化感物質(zhì)對藻類生長具有一定抑制作用(Gross, 2003; Wanget al, 2011; B?hrset al, 2012),其中水生入侵植物由于具備生物量大、生長迅速、次生代謝物質(zhì)更加豐富等特點, 使得利用其化感物質(zhì)進行藻類控制研究具有更好的應(yīng)用前景, 且利于入侵植物的資源化利用, 減少其對生態(tài)環(huán)境的危害。因此, 將水生入侵植物及其產(chǎn)生的化感物質(zhì)應(yīng)用于水華控制研究具有重要的環(huán)境和生態(tài)意義。

研究發(fā)現(xiàn), 天然富營養(yǎng)化水體中頻繁發(fā)生的水華往往由多種藻類共同引發(fā), 且不同水域的優(yōu)勢藻種也各不相同, 而化感物質(zhì)具有一定的選擇性和專一性(Liet al, 2005), 往往只對一種或少數(shù)藻種有較強的化感抑制作用, 對其他藻種抑制效果一般或者無抑制(郭長城等, 2009)。因此, 根據(jù)不同水域的水華組成特征, 選擇具有代表性的水華優(yōu)勢藻種作為研究對象, 研究不同類型水生入侵植物化感物質(zhì)的選擇性抑藻作用及其影響機理, 對推進水生入侵植物化感作用的高效實際應(yīng)用具有重要意義。此外, 水生入侵植物化感物質(zhì)的選擇性抑藻作用差異不僅與藻種自身特性以及植物種類有關(guān), 還與化感作用的方式有關(guān), 針對不同藻種篩選高效抑藻的化感作用方式也是利用水生入侵植物化感物質(zhì)控制水華的重要前提和基礎(chǔ)。同時還應(yīng)注意在進行實際水體水華控制時, 化感物質(zhì)對除藻類以外的其他水生生物的生態(tài)安全性的影響。

基于上述研究基礎(chǔ), 本文選取3種我國常見的水生入侵植物, 即水浮蓮(Pistia stratiotes)、鳳眼蓮(Eichhornia crassipes)、空心蓮子草(Alternanthera philoxeroides)作為研究對象, 研究不同的植物化感作用方式(植物種植水抑藻、植物粗提物抑藻)對綠藻門的蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)、硅藻門的梅尼小環(huán)藻(Cyclotella meneghiniana)、藍藻門的銅綠微囊藻(Microcystis aeruginosa)等 3種常見水華微藻的生長抑制作用差異, 闡明水生入侵植物化感作用的選擇性抑藻規(guī)律, 并確定其最佳化感作用方式。在此基礎(chǔ)上, 進一步深入研究水生入侵植物化感作用對選擇性受抑最強的藻種生理生化指標的影響, 以此推測選擇性化感抑藻的作用靶點。最后考察水生植物化感作用的生態(tài)安全性, 為其在水華頻發(fā)水體實行高效、安全的實際應(yīng)用提供理論與實驗依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

1.1.1 水生入侵植物 水浮蓮、鳳眼蓮、空心蓮子草均采自湖州當?shù)剞r(nóng)村野外河道, 并用以下方法對這3種水生入侵植物進行處理以獲取實驗材料:

①種植水的制備: 將3種水生入侵植物的全株洗凈, 吸干表面水分, 各稱取 40g置于 4000mL的Hoaglangd’s營養(yǎng)液中進行培養(yǎng)(鮮啟鳴等, 2005), 3天后過濾培養(yǎng)液作為各種植物的種植水(10g/L), 4°C低溫儲存?zhèn)溆谩?/p>

②植物粗提物的提取: 采用乙酸乙酯溶劑、索氏提取法提取各植物的粗提物(Wuet al, 2013; 吳湘等,2014)。稱取20g干植物體(粉碎至50目), 置于500mL錐形瓶中, 加入400mL乙酸乙酯, 超聲波(KQ-100DB型數(shù)控超聲波清洗機, 昆山市超聲儀器有限公司)常溫提取1h。提取結(jié)束后, 用濾紙濾去提取液中的殘渣,并通過0.22μm有機系濾膜(購自上海亞興凈化材料廠)除去顆粒物的干擾, 之后利用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(RE-52系列, 購自上海亞榮生化儀器廠)以 100r/min轉(zhuǎn)速在65°C下除去溶劑, 獲得浸膏并稱重, 最后用二甲基亞砜(dimethyl sulfoxide, DMSO; 濃度低于1%時對微藻生長無影響)進行定容溶解(Ballet al, 2001), 以10g/L的濃度定容至DMSO溶液中備用。

1.1.2 藻種 蛋白核小球藻(FACHB-415)、梅尼小環(huán)藻(FACHB-1654)、銅綠微囊藻(FACHB-315)由中國科學(xué)院水生生物研究所淡水藻種庫提供, 實驗前銅綠微囊藻和蛋白核小球藻采用 BG-11培養(yǎng)基預(yù)培養(yǎng)9—10天, 梅尼小環(huán)藻采用CSI培養(yǎng)基預(yù)培養(yǎng)7—8天,使之處于對數(shù)增長期。

1.2 實驗設(shè)計與方法

1.2.1 實驗設(shè)計 ①不同水生入侵植物種植水對不同藻類增殖的影響: 將水浮蓮、鳳眼蓮、空心蓮子草的種植水分別以體積比為 20∶1的量(鮮啟鳴等,2005)等量加入蛋白核小球藻(初始光密度 OD750為0.126)、梅尼小環(huán)藻(初始 OD750為0.630)、銅綠微囊藻(初始OD750為0.083)的培養(yǎng)液中, 共培養(yǎng)7天, 每天通過測定藻細胞的 OD750和葉綠素a(chla)含量的變化, 研究不同水生入侵植物種植水對不同藻類生長的影響及其選擇性抑藻作用。

②不同水生入侵植物粗提物對不同藻類生長的影響研究: 將水浮蓮、鳳眼蓮、空心蓮子草的粗提物分別等量加入蛋白核小球藻(初始OD750為0.583)、梅尼小環(huán)藻(初始OD750為0.457)、銅綠微囊藻(初始OD750為0.172)的培養(yǎng)液中, 使其最終濃度均為 0.1g/L, 在培養(yǎng)溫度為25°C、光照條件為2000lx、晝夜比設(shè)置為12h∶12h的條件下共培養(yǎng) 7天, 每天通過測定各平行組藻細胞的OD750和chla含量變化, 研究不同水生入侵植物粗提物對不同藻類生長的影響及其選擇性抑藻作用。

③水生入侵植物對選擇性抑制藻類的生長影響機理研究: 在實驗①和②的實驗結(jié)果基礎(chǔ)上, 進一步研究水生入侵植物的最佳抑藻方式對其選擇性抑制作用最強的藻種的生理生化指標的影響, 以此闡明水生入侵植物對選擇性抑制藻種的生長影響機理。

1.2.2 實驗方法 ①藻細胞光密度值(OD750)的測定: 取定量的藻細胞培養(yǎng)液, 采用分光光度計(752PC型, 購自上海光譜儀器有限公司)測定其OD750值。

②藻細胞chla含量的測定: 用真空抽濾泵抽濾收集藻細胞后, 加入 20mL 90%丙酮, 在 4°C避光抽提 24h, 之后 4000r/min離心 10min, 取上清液, 以90%的丙酮為空白, 測定其吸光度(A664), chla的含量依據(jù)以下公式進行計算:

③生理生化指標的測定: 主要包括藻細胞的光合色素(以葉綠體色素含量為代表)、呼吸速率、丙二醛含量(malondialdehyde, MDA)、蛋白質(zhì)含量和超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)、過氧化物酶(peroxidase, POD)、過氧化氫酶(catalase, CAT)等抗氧化酶的活性。各指標測定方法參考《植物生理生化實驗原理與技術(shù)(第3版)》(王學(xué)奎等, 2015), 胞外藻毒素含量測定方法參照吳穎川等(2016)。采用的具體方法為: 葉綠體色素含量測定采用分光光度法; 蛋白質(zhì)含量測定采用紫外吸收法(Varian紫外分光光度計, Cary50);MDA含量測定采用硫代巴比妥酸(2-Thiobarbituric acid,TBA)法; 呼吸速率測定采用小籃子法(廣口瓶法); CAT活性測定采用高錳酸鉀滴定采用法; POD活性測定采用愈創(chuàng)木酚法; SOD活性測定用氮藍四唑法; 藻毒素含量測定采用ELISA試劑盒(購于中國科學(xué)院水生生物研究所)。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

實驗所有樣品均平行測定3次, 結(jié)果取其均值。實驗數(shù)據(jù)利用Microsoft Excel 2016進行單因子方差統(tǒng)計分析和制圖。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同水生入侵植物的兩種化感作用方式對常見水華藻種生長的影響差異

2.1.1 對蛋白核小球藻生長的影響差異 由圖 1可知, 水浮蓮種植水對蛋白核小球藻的生長有一定促進作用, 而水浮蓮粗提物對蛋白核小球藻的生長表現(xiàn)出較強抑制作用。這可能是因為水生入侵植物抑藻作用的強弱與其分泌化感物質(zhì)的濃度密切相關(guān)(Nakaiet al, 1999), 由此推測水浮蓮化感物質(zhì)的水溶性較差, 導(dǎo)致其種植水中所含化感物質(zhì)濃度較低, 對蛋白核小球藻的生長反而起促進作用, 而水浮蓮化感物質(zhì)易被乙酸乙酯溶解提取, 因此其植物粗提物表現(xiàn)出較強的抑藻作用。根據(jù)圖1還可看出, 鳳眼蓮、空心蓮子草種植水對蛋白核小球藻的抑藻效果都要顯著優(yōu)于其植物粗提物: 共培養(yǎng)第7天空心蓮子草種植水處理組的OD750值下降64.12%, chla含量下降68.76%, 而鳳眼蓮種植水處理組的OD750下降值則高達77.32%, chla含量下降86.84%, 后者的抑藻效果相對更好。由此可見這兩種植物分泌的化感物質(zhì)水溶性都較好, 因種植水中所含化感物質(zhì)濃度較高, 使得其對蛋白核小球藻的生長抑制作用較強。

圖1 不同水生入侵植物的兩種化感作用方式對蛋白核小球藻的生長抑制作用差異Fig.1 The growth inhibition effects for two allelopathic methods of different invasive aquatic plants on Chlorella pyrenoidosa

2.1.2 對梅尼小環(huán)藻生長的影響差異 水浮蓮粗提物中有效的化感組分不穩(wěn)定, 易被分解轉(zhuǎn)化而濃度降低, 或者其中一部分被梅尼小環(huán)藻吸收并轉(zhuǎn)化為其同化產(chǎn)物(門玉潔等, 2006; 李慶華等, 2010)。鳳眼蓮根部含有抑藻活性物質(zhì), 且乙酸乙酯對其萃取作用最佳(張振業(yè)等, 2013)。chla含量的減少可能與活性氧的傷害有關(guān)(唐學(xué)璽等, 1998), 在化感物質(zhì)的脅迫下, 梅尼小環(huán)藻葉綠體產(chǎn)生的有害活性氧無法及時清除, 使葉綠體膜受到氧化, 基質(zhì)外露, 葉綠體代謝功能紊亂, 從而導(dǎo)致 chla含量降低(李睿等,2006)。根據(jù)圖2可以看出, 水浮蓮種植水的抑藻效果強于鳳眼蓮和空心蓮子草的種植水, 鳳眼蓮粗提物的抑藻效果強于水浮蓮和空心蓮子草的粗提物。相比較而言, 共培養(yǎng)第7天水浮蓮種植水處理組的OD750值下降65.37%, chla含量下降64.64%, 而鳳眼蓮粗提物處理組的OD750值僅下降43.16%, chla含量下降57.50%, 由此說明水浮蓮種植水中植物分泌的化感物質(zhì)對梅尼小環(huán)藻的選擇性抑藻作用最強, 這與可促進蛋白核小球藻生長的結(jié)果(圖 1)不同, 可能是因為不同藻種對水生入侵植物分泌的化感物質(zhì)的敏感程度不同。

圖2 不同水生入侵植物的兩種化感作用方式對梅尼小環(huán)藻的生長抑制作用差異Fig.2 The growth inhibition effects for two allelopathic methods of different invasive aquatic plants on Cyclotella meneghiniana

2.1.3 對銅綠微囊藻生長的影響差異 不同植物所分泌的物質(zhì)對銅綠微囊藻的生長抑制作用影響差異很大(李磊等, 2007)。實驗后期實驗組OD750明顯下降, 藻體開始黃化失綠, chla含量呈明顯下降趨勢,這可能是因為隨著化感物質(zhì)在藻細胞內(nèi)逐漸積累,藻細胞開始破壁, 大量死亡。由圖3可見, 鳳眼蓮粗提物的抑藻效果比水浮蓮和空心蓮子草好, 最高OD750下降值可達79.08%, chla含量下降90.20%。投加水浮蓮種植水實驗組共培養(yǎng)第 7天 OD750值下降58.18%, chla含量下降 84.44%; 投加鳳眼蓮種植水實驗組共培養(yǎng)第7天OD750值下降69.09%, chla含量下降 90.91%; 投加空心蓮子草種植水實驗組共培養(yǎng)第7天OD750值下降78.19%, chla含量下降96.61%,由此可知, 空心蓮子草種植水對銅綠微囊藻的生長抑制效果最佳。

綜上所述, 3種水生入侵植物的種植水對3種水華藻種的生長抑制作用總體好于粗提物, 而種植水的化感作用表現(xiàn)出選擇性抑藻效果: 水浮蓮、鳳眼蓮、空心蓮子草的種植水分別對梅尼小環(huán)藻、蛋白核小球藻、銅綠微囊藻的生長抑制效果最佳, 其中以空心蓮子草種植水對銅綠微囊藻的選擇性抑制作用最為顯著。因此, 下文將著重陳述空心蓮子草種植水對銅綠微囊藻生理生化指標的影響的研究。

2.2 空心蓮子草種植水對銅綠微囊藻生理生化指標的影響

2.2.1 對光合色素的影響 藻細胞中的葉綠體色素含量往往與藻細胞的生長狀況及其光合作用密切相關(guān)(何池全等, 1999)。由圖4可見, 對照組(空白組)的葉綠體色素含量在實驗過程中存在波動現(xiàn)象, 而實驗組的趨勢與對照組基本一致, 但相比對照組出現(xiàn)了明顯的下降, 到第7天下降88.12%, 這與實驗過程中觀察到藻液逐漸變澄清的現(xiàn)象一致。數(shù)據(jù)處理的結(jié)果表明, 在實驗過程中空心蓮子草種植水對銅綠微囊藻葉綠體色素含量的影響非常明顯, 此結(jié)果與實驗組銅綠微囊藻光合作用受到明顯抑制的現(xiàn)象吻合。

圖3 不同水生入侵植物的兩種化感作用方式對銅綠微囊藻的生長抑制作用差異Fig.3 The growth inhibition effects for two allelopathic methods of different invasive aquatic plants on Microcystis aeruginosa

圖4 空心蓮子草種植水對銅綠微囊藻葉綠體色素含量的影響Fig.4 Influences of planting water of Alternanthera philoxeroides on the chloroplast pigment content of M.aeruginosa

2.2.2 對呼吸速率的影響 由圖 5可見, 培養(yǎng) 11天后對照組銅綠微囊藻的呼吸速率由 0.040mgCO2/(mL·h)提高到 0.137mgCO2/(mL·h), 而實驗組則下降到 0.017mgCO2/(mL·h), 且實驗組在加入空心蓮子草種植水第5天呼吸速率明顯提高, 幾乎為對照組的2倍。呼吸速率的急劇增加是銅綠微囊藻細胞受到脅迫的一種表現(xiàn)(王立新等, 2004; 李鋒民等, 2007), 可見種植水中的化感物質(zhì)對藻細胞形成了傷害。第7天實驗組呼吸速率明顯下降, 此時藻細胞已經(jīng)開始解體,而對照組藻細胞呼吸速率處于穩(wěn)定增長期, 到第 11天實驗組藻細胞呼吸速率下降87.59%。

圖5 空心蓮子草種植水對銅綠微囊藻呼吸速率的影響Fig.5 Influences of planting water of A.philoxeroides on the respiration rate of M.aeruginosa

2.2.3 對抗氧化酶(POD、CAT、SOD)活性以及MDA含量的影響 當藻細胞受到外界脅迫時, 細胞內(nèi)產(chǎn)生大量活性氧, 破壞膜結(jié)構(gòu), 使膜透性消失, 導(dǎo)致藻細胞抗氧化酶活性上升, 但當細胞內(nèi)氧自由基濃度超過一定范圍, 抗氧化酶不能及時清除過量的氧自由基時, 導(dǎo)致藻細胞大量死亡, 抗氧化酶活性降低(Luet al, 2014)。由圖6a—c可知, 對照組藻細胞的抗氧化酶活性在實驗過程中存在一定波動, 但總體上處于平穩(wěn)狀態(tài), 而實驗組藻細胞 POD活性第 5天相比對照組提高2倍以上, 隨后開始下降, 到第9天急劇下降 54.93%; CAT活性在實驗前期一直高于對照組, 到第7天急劇下降, 第9天接近為0; SOD活性則呈現(xiàn)出先升后降的趨勢, 到第11天下降了68.50%。POD、CAT、SOD活性在處理前期增大是因為銅綠微囊藻在種植水中受到化感物質(zhì)的脅迫而做出的應(yīng)激反應(yīng), 而在后期下降說明藻細胞已經(jīng)受到實質(zhì)性的損害, 大量藻細胞死亡。MDA是脂質(zhì)過氧化的產(chǎn)物,其形成和積累量可作為細胞膜結(jié)構(gòu)損傷、藻細胞受脅迫程度的一種標志(唐萍等, 2000)。SOD活性對于防止膜脂過氧化連鎖反應(yīng)具有重要作用, 由圖6c—d可知, 當SOD活性最大時MDA含量急劇下降, 實驗組MDA含量在第3天較第1天升高了8.26%, 而第3天后其顯著降低可能與此時藻細胞膜結(jié)構(gòu)受到嚴重損傷相關(guān), 實驗過程中對照組MDA含量未見大幅度波動。

圖6 空心蓮子草種植水對銅綠微囊藻POD活性(a)、CAT活性(b)、SOD活性(c)、MAD含量(d)的影響Fig.6 Influences of planting water of A.philoxeroides on the activities of POD (a), CAT (b), SOD (c) and MAD (d) of M.aeruginosa

2.2.4 對蛋白質(zhì)含量的影響 藻細胞中含有多種蛋白質(zhì), 包括參與代謝的各種酶、光合系統(tǒng)蛋白以及藻膽蛋白等。在受到環(huán)境脅迫時, 細胞可能會合成逆境蛋白用以對抗環(huán)境, 細胞結(jié)構(gòu)受到不可逆破壞, 蛋白質(zhì)積累減少甚至停止, 同時參與各種生理活動的酶合成受到抑制或被大量分解, 導(dǎo)致細胞代謝功能紊亂, 直至細胞死亡(周曉見等, 2011)。由圖 7可見,對照組藻細胞的蛋白質(zhì)含量在整個實驗過程中呈上升趨勢, 而實驗組藻細胞中蛋白質(zhì)含量在培養(yǎng)前5天略有上升, 而后下降, 到第 11天下降 99.31%, 藻細胞結(jié)構(gòu)嚴重受損, 表明銅綠微囊藻細胞內(nèi)的蛋白質(zhì)合成及水解系統(tǒng)對空心蓮子草種植水中的化感物質(zhì)相當敏感。

圖7 空心蓮子草種植水對銅綠微囊藻蛋白質(zhì)含量的影響Fig.7 Influences of planting water of A.philoxeroides on the protein content of M.aeruginosa

2.2.5 對胞外藻毒素含量的影響到第 11天測得對照組胞外藻毒素, 即微囊藻毒素(Microcystins, MCs)的含量為 0.7308μg/L, 實驗組胞外 MCs含量為 0.7944μg/L, 實驗組僅比對照組增加8.69%, 此結(jié)果表明投加空心蓮子草種植水后銅綠微囊藻培養(yǎng)液中藻毒素含量并無明顯增加, 這可能是因為在空心蓮子草種植水所含化感物質(zhì)的影響下,銅綠微囊藻藻細胞的破壁率并不高, 處理后僅有少部分細胞破裂導(dǎo)致胞外藻毒素含量略微增加, 說明空心蓮子草種植水并不是通過裂解藻細胞實現(xiàn)抑藻,因此具有較好的生態(tài)安全性, 不會對環(huán)境造成二次污染。

3 結(jié)論

(1) 3種水生入侵植物種植水對3種常見水華藻種表現(xiàn)出選擇性抑藻作用, 水浮蓮、鳳眼蓮、空心蓮子草的種植水分別對梅尼小環(huán)藻、蛋白核小球藻、銅綠微囊藻增殖產(chǎn)生較強的抑制效果, 其中空心蓮子草種植水對銅綠微囊藻的抑制作用最強;

(2) 3種水生入侵植物粗提物對3種常見水華藻種也表現(xiàn)出較好的抑制作用, 其中以鳳眼蓮粗提物的效果最好。但是總體而言, 水生入侵植物粗提物的抑藻效果不及種植水;

(3) 銅綠微囊藻與空心蓮子草種植水共培養(yǎng)過程中, 藻細胞的葉綠體色素含量、呼吸速率、POD活性、CAT活性、SOD活性、MDA積累量、蛋白質(zhì)含量均受到顯著影響, 共培養(yǎng) 11天后銅綠微囊藻培養(yǎng)液即出現(xiàn)藻體黃化、細胞結(jié)構(gòu)進行性損傷等明顯的脅迫和傷害現(xiàn)象。

門玉潔, 胡洪營, 李鋒民, 2006.蘆葦化感組分對斜生柵藻Scenedesmus obliquus生長特性的影響.生態(tài)環(huán)境, 15(5):925—929

王立新, 吳國榮, 王建安等, 2004.黑藻(Hydrilla verticillata)對銅綠微囊藻(Microcystis aeruginosa)抑制作用.湖泊科學(xué), 16(4): 337—342

王學(xué)奎, 黃見良, 2015.植物生理生化實驗原理與技術(shù).3版.北京: 高等教育出版社, 131—286

李 睿, 劉 玉, 譚鳳儀等, 2006.雙酚A對微小小環(huán)藻的毒性效應(yīng).中山大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 45(3): 110—113

李 磊, 侯文華, 2007.荷花和睡蓮種植水對銅綠微囊藻生長的抑制作用研究.環(huán)境科學(xué), 28(10): 2180—2186

李慶華, 郭沛涌, 田美燕等, 2010.兩種陸生植物浸提液對蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)的化感作用.浙江大學(xué)學(xué)報(理學(xué)版), 37(1): 80—86

李鋒民, 胡洪營, 種云霄等, 2007.蘆葦化感物質(zhì)EMA對銅綠微囊藻生理特性的影響.中國環(huán)境科學(xué), 27(3): 377—381

吳 湘, 吳 昊, 葉金云, 2014.黃花水龍化感物質(zhì)對銅綠微囊藻生長及藻毒素產(chǎn)生和釋放的影響.海洋與湖沼, 45(4):783—788

吳穎川, 鄒 琳, 汪 瑾等, 2016.EGCG對銅綠微囊藻的抑制效應(yīng)及機制研究.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報, 39(1): 78—83

何池全, 葉居新, 1999.石菖蒲(Acorus tatarinowii)克藻效應(yīng)的研究.生態(tài)學(xué)報, 19(5): 754—758

張振業(yè), 2013.鳳眼蓮根系提取物對銅綠微囊藻的化感抑制作用研究.揚州: 揚州大學(xué)碩士學(xué)位論文, 1—65

周曉見, 夏 潔, 靳翠麗等, 2011.龍爪槐正己烷提取物對銅綠微囊藻抑制機理的研究.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué), 39(29):18135—18137

郭長城, 李 欣, 胡洪營, 2009.蘆葦生物活性組分對小球藻生長的促進效應(yīng).中國環(huán)境科學(xué), 29(11): 1186—1189

唐 萍, 吳國榮, 陸長梅等, 2000.鳳眼蓮根系分泌物對柵藻結(jié)構(gòu)及代謝的影響.環(huán)境科學(xué)學(xué)報, 20(3): 355—359

唐學(xué)璽, 顏挺進, 李永祺等, 1998.久效磷對扁藻的損傷作用Ⅱ.葉綠素a降解與活性氧損傷的相關(guān)性.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,9(6): 631—634

鮮啟鳴, 陳海東, 鄒惠仙等, 2005.四種沉水植物的克藻效應(yīng).湖泊科學(xué), 17(1): 75—80

B?hrs H, Steinberg C E W, 2012.Impact of two different humic substances on selected coccal green algae and cyanobacteria—changes in growth and photosynthetic performance.Environmental Science and Pollution Research,19(2): 335—346

Ball A S, Williams M, Vincent D,et al, 2001.Algal growth control by a barley straw extract.Bioresource Technology,77(2): 177—181

Gross E M, 2003.Allelopathy of aquatic autotrophs.Critical Reviews in Plant Sciences, 22(3—4): 313—339

Heisler J, Glibert P M, Burkholder J M,et al, 2008.Eutrophication and harmful algal blooms: a scientific consensus.Harmful Algae, 8(1): 3—13

Li F M, Hu H Y, 2005.Isolation and characterization of a novel antialgal allelochemical fromPhragmites communis.Applied and Environmental Microbiology, 71(11): 6545—6553

Lu Y P, Wang J, Yu Y,et al, 2014.Changes in the physiology and gene expression ofMicrocystis aeruginosaunder EGCG stress.Chemosphere, 117: 164—169

Nakai S, Inoue Y, Hosomi M,et al, 1999.Growth inhibition of blue-green algae by allelopathic effects of macrophytes.Water Science and Technology, 39(8): 47—53

O'Neil J M, Davis T W, Burford M A,et al, 2012.The rise of harmful cyanobacteria blooms: the potential roles of eutrophication and climate change.Harmful Algae, 14:313—334

Wang J, Zhu J Y, Liu S P,et al, 2011.Generation of reactive oxygen species in cyanobacteria and green algae induced by allelochemicals of submerged macrophytes.Chemosphere,85(6): 977—982

Wu X, Wu H, Chen J R,et al, 2013.Effects of allelochemical extracted from water lettuce (Pistia stratiotesLinn.) on the growth, microcystin production and release ofMicrocystis aeruginosa.Environmental Science and Pollution Research,20(11): 8192—8201

Xiao X, Chen Y X, Liang X Q,et al, 2010.Effects of Tibetan hulless barley on bloom-forming cyanobacterium(Microcystisaeruginosa) measured by different physiological and morphologic parameters.Chemosphere,81(9): 1118—1123

INHIBITORY EFFECT OF INVASIVE AQUATIC PLANTS ON COMMON ALGAE BLOOM SPECIES AND THE UNDERLYING PHYSIOLOGICAL MECHANISMS

WANG Sai-Jun, WU Xiang , WANG Yi-Mian, LOU Wen-Jing, LU Yu-Fang
(Key Laboratory of Aquatic Resources Conservation and Development Technology Research,College of Life Sciences,Huzhou University,Huzhou313000,China)

To utilize the resource of invasive aquatic plants and reduce their harm to the environment, three typical invasive aquatic plants (Pistia stratiotes,Eichhornia crassipesandAlternanthera philoxeroides) were chosen as the study objects to investigate the influences of their two different allelopathy ways (algae-inhibition respectively by planting water and crude extract) on the growth of three common algae bloom species (Chlorella pyrenoidosa,Cyclotella meneghiniana,Microcystis aeruginos), and the underlying physiological mechanisms of algae-inhibitory was also investigated.The experimental results indicate that both the planting water and crude extract of the three plants showed selective algae-inhibitory effect on different microalgae, and the algae-inhibitory effects of planting water were overall stronger than the crude extract.Furthermore, theA.philoxeroidesplanting water had the strongest inhibitory effect onM.aeruginosand the OD750of algal cells decreased by 73.09% and the content of chladecreased by 96.61% on the 7th day of co-culture.Under the influence ofA.philoxeroidesplanting water, the respiration rate ofM.aeruginosincreased firstly and then decreased.The photosynthetic rate decreased gradually, while the activities of antioxidant enzymes (SOD, POD, CAT),protein content, and malondialdehyde (MDA) content increased firstly then decreased, which indicated thatM.aeruginoswas subjected to coercion and injury obviously during the entire culturing period.However, the total amount of microcystins (MCs) in the experimental group increased by only 8.69% more than that of the blank group (P＜0.05) on the 11th day of co-culture.Therefore, it can be concluded that the application ofA.philoxeroidesplanting water has a high degree of ecological safety and can be adopted in practical control of algae blooms, because it can effectively inhibit the growth ofM.aeruginoswithout increasing the release of cyanotoxins.

invasive aquatic plants; microalgae; allelopathy; growth inhibition; algae-inhibitory mechanism

X52; Q946.8

10.11693/hyhz20161200294

* 浙江省重點研發(fā)計劃項目, 2015C03018號; 國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項目, 21207036號; 湖州市生態(tài)文明先行示范區(qū)科技專項重點項目, 2014ZD2019號; 國家社科基金特別委托項目, 16@ZH005號; 浙江省大學(xué)生新苗人才計劃項目,2016R427022號; 浙江省自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項目, LQ12B07001號; 國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目, 201510347014號。王賽君, 本科生, E-mail: 854949427@qq.com

① 通訊作者: 吳 湘, 副教授, E-mail: wwxx1981@126.com

2016-12-31, 收修改稿日期: 2017-05-11