化感效应及其对藻类光合作用影响的研究进展

蓝藻"水华"问题的频繁发生,严重影响着水生态系统及人类生活。如何有效控制藻类生长、改善富营养化水体水质、恢复和维持水生态系统健康是亟需解决的水环境问题之一。利用植物之间的化感效应抑制藻类生长具有安全、高效和快速等优点,为控制藻类蔓延和水体富营养化治理提供了新的途径。文章以水生及陆生植物中所含抑藻物质展开分析,并阐述了化感效应的作用模式,认为化感效应作用时不仅具有协同与拮抗作用,而且具有专一性和累积性,为利用化感效应控制藻类生长提供了理论基础。同时,从捕光系统、电子传递两方面对化感效应影响藻细胞光合作用的机理进行了总结和分析,发现藻细胞光系统Ⅱ(PSⅡ)和光系统Ⅰ(PSⅠ)均会受到化感效应的破坏,并初步总结了化感效应破坏藻细胞光合系统的分子机制,以期为化感效应控制藻类生长的机制研究和有效改善水生态系统等提供借鉴。     

湿地水生植物化感抑藻研究进展

表流人工湿地缓流区水体营养浓度增高是实际工程应用中常见的问题,而利用水生植物的化感作用抑制水体中藻类的爆发被认为是一种高效且生态友好的方法。本文综述了化感作用的特点、化感物质的种类和化感效应的机理,并对比了各类水生植物化感抑藻的应用效果。本文还针对国内外研究现状,提出了人工湿地水生植物化感抑藻研究的发展方向。     

植物化感作用在抑藻方面的研究进展

藻类爆发性生长是水体富营养化带来的问题之一,利用植物化感作用抑制藻类生长具有生态安全和快速高效的优点,对湖泊富营养化的生态控制具有非常重要的意义.本文介绍了利用植物化感作用抑制藻类生长的研究进展和现状,并讨论了植物化感抑藻作用研究过程中所使用的方法、化感作用的机制、抑藻机理及化感物质的分离方法.最后对植物化感作用在抑藻方面的研究前景进行了展望.     

绿狐尾藻抑制2种典型蓝藻生长的化感物质实验

采用多种溶剂对绿狐尾藻-蓝藻共培养液进行提纯、分离,通过共培养萃取液抑藻的剂量-效应实验,确定绿狐尾藻分泌的化感物质主要分布在水相中,且高体积浓度时抑藻作用明显。通过GC-MS对绿狐尾藻干粉浸液、绿狐尾藻-蓝藻共培养液水相组分进行鉴定分析,发现绿狐尾藻干粉浸液比植物体分泌到体外的化感物质种类更多、浓度更高,对蓝藻的抑制效果更加显著。绿狐尾藻干粉浸液和共培养水相中均检出己内酰胺和甲氧基苯基肟2种化合物,其中甲氧基苯基肟可能为抑制蓝藻生长的化感物质。     

植物化感作用在抑藻方面的研究进展

藻类爆发性生长是水体富营养化带来的问题之一，利用植物化感作用抑制藻类生长具有生态安全和快速高效的优点。对湖泊富营养化的生态控制具有非常重要的意义。本文介绍了利用植物化感作用抑制藻类生长的研究进展和现状，并讨论了植物化感抑藻作用研究过程中所使用的方法、化感作用的机制、抑藻机理及化感物质的分离方法。最后对植物化感作用在抑藻方面的研究前景进行了展望。     

辣子草对3种农作物的化感作用

采用生物测定法,研究了入侵植物辣子草(Galinsoga parviflora Cav.)不同器官、不同浓度水浸提液对水稻(Oryza sativa L.)、小麦(Triticum aestivum L.)、油菜(Brassica napus L)种子萌发和幼苗生长的化感效应。结果表明辣子草存在一定的化感作用。各器官水浸提液对3种作物的影响依种类有差异,辣子草水浸提液在高浓度下对水稻、小麦作物种子萌发、根长和苗高均有明显的抑制作用,对油菜的种子萌发、根长和苗高则是在低浓度下促进高浓度下抑制。辣子草的化感效应为花序>叶>茎>根,表明辣子草的化感物质主要存在于地上部分。     

陆生植物化感作用抑制有害藻应用研究进展

植物化感物质由于对藻类抑制的高效性和选择作用性,以及对环境无污染等特点而备受关注,有望成为具有应用价值的安全性生物抑藻技术。文章探究了利用植物化感作用抑制有害藻类生长的进展,从藻细胞密度、叶绿素含量、超微结构及生长代谢、抗氧化酶活性等方面分析了化感抑藻作用效果的评价方法,重点阐述了陆生植物对水华藻、赤潮藻主要藻种的抑制作用,包括草本植物中一些农作物和药用植物以及木本植物中的常见树木,同时对这些陆生植物中所含抑藻物质开展了探索与分析,为开发新的抑藻制剂提供理论指导,深入讨论了陆生植物化感物质抑制丝状藻的潜在价值,实现了抑藻对象的多元化,提出了陆生植物化感抑藻研究中存在的主要问题,并对其应用前景进行展望。     

化感作用在赤潮调控中的意义及前景

简要概述了化感作用的定义、化感物质的种类及其作用机理,描述了化感物质在赤潮控制中的作用;集中综述了水生植物、微藻和细菌所产生的化感物质对赤潮生物的抑制或杀灭作用.强调了化感作用在赤潮调控中具有重要的意义和广阔应用前景,对化感作用的深入研究将可能开发出新型的赤潮控制技术.     

芦苇抑藻化感物质的分离及其抑制蛋白核小球藻效果研究

采用乙醇提取、溶剂萃取法从芦苇中分离出2组能抑制蛋白核小球藻生长的化感物质. 该2组化感物质对蛋白核小球藻的半效应浓度(EC₅₀)分别为0.68mg/L和2.65mg/L. 将前者用碱性氧化铝层析柱分离得到一组抑藻活性更强的化感物质和一组能够促进蛋白核小球藻生长的化感物质: 前者对蛋白核小球藻的EC₅₀为0.50mg/L, 是目前报道的抑藻能力最强的化感物质; 后者在浓度为0.63mg/L时能显著促进蛋白核小球藻的生长. 芦苇化感物质可以用来控制淡水中有害藻类.     

陆生植物化感作用抑制藻类生长的研究进展

目前关于植物化感抑制藻类生长的研究主要集中于水生植物,陆生植物对藻类化感作用的研究相对较少.陆生植物具有分布广泛、生物量大、便于培植、容易收割、加工方便等特点,许多草本植物和木本植物体内含有丰富的化感物质,在抑制水中藻类生长和应急处置水华等方面具有良好的应用前景.根据国内外近年来对陆生植物关于抑制藻类生长的研究报道,按草本和木本分类,并以植物的科划分,较全面地评述了15科26种陆生植物化感作用的研究进展.     

无瓣海桑不同器官水浸液对互花米草幼苗的化感效应

以互花米草幼苗为受体植物,选用无瓣海桑凋落叶、根、果的5个质量浓度梯度(0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 g/mL)水浸液为处理液,研究无瓣海桑对互花米草幼苗的化感效应。结果表明:不同浓度的无瓣海桑凋落叶、根和果的水浸液对互花米草幼苗具有不同程度的化感作用,且存在"高抑低促"的浓度效应。所有水浸液均表现出高浓度下(高于0.3 g/mL)明显抑制互花米草的生长,随着浓度降低其抑制作用逐渐减弱,甚至转为轻微促进作用(即0.1 g/mL时)的规律。无瓣海桑不同器官的水浸液对互花米草幼苗生长的综合化感抑制强度为:果>根>凋落叶。     

水生植物化感抑藻作用机制研究进展

富营养化引起的藻华问题是当前许多水体面临的重大环境问题。化感抑藻现象的发现为这一问题的解决提供了一种新思路。目前,已发现很多水生植物具有化感抑藻效应,通过恢复受污染水体的水生植被群落来进行水体修复的工程案例逐渐增多,但对水生植物抑藻机制的研究还不够深入,化感作用机理的揭示对于藻生理生态研究和水华的控制有重要意义。文章主要从生理生化的角度介绍最近几年水生植物及其化感物质的抑藻机制研究进展,指出化感物质可能的抑藻机制,包括:化感物质对细胞膜,呼吸作用和光合系统Ⅱ(PSⅡ)造成影响,化感胁迫后胞内活性氧(ROS)水平升高而导致藻氧化胁迫,NO作为化感作用的信号分子,介导藻细胞的程序性死亡。不同化感物质作用靶点的探寻,化感物质在胞内转化途径,化感物质介导信号分子调控网络以及化感物质诱导的程序性死亡的研究将会是今后化感抑藻机理研究的重要方面。     

海洋底栖甲藻——利玛原甲藻(Prorocentrum lima)对三种赤潮藻的化感作用

为明确利玛原甲藻(Prorocentrum lima)对其它生物可能存在的化感作用,考察了利玛原甲藻培养物、无藻细胞滤液以及腹泻性贝类毒素(diarrhetic shellfish poisoning,DSP)租提物对塔玛亚历山大藻(Alexandrium tamarense)、海洋卡盾藻(Chauondla marina)和东海原甲藻(Prorocentrum donghaiense)3种赤潮藻生长的影响.结果显示,共培养时利玛原甲藻对其它3种赤潮藻的生长有不同程度的抑制作用,其生长也受到3种赤潮藻的影响;无藻细胞滤液对东海原甲藻和海洋卡盾藻有抑制作用,其中对东海原甲藻的抑制作用更明显.但对塔玛亚历山大藻的影响不大;比较而言,DSP粗提物对3种藻的影响最为明显,甚至可完全抑制海洋卡盾藻的生长.这些结果提示.利玛原甲藻与赤潮藻间存在交互抑制作用,可能会通过分泌化感物质、细胞间接触抑制等途径抑制其它藻的生长;利玛原甲藻具有一定的化感作用,但DSP毒索并非利玛原甲藻发挥化感效应的主要原因.     

铜绿微囊藻胁迫对黄菖蒲化感作用的诱导效应

通过研究不同初始密度铜绿微囊藻与黄菖蒲共同培养的种植水对铜绿微囊藻生长特性的影响,分析了铜绿微囊藻胁迫对黄菖蒲化感作用的诱导效应。结果显示,初始藻密度分别为0,1.0×105,1.0×106和1.0×107 cell/mL时,相对应的黄菖蒲种植水对铜绿微囊藻的抑制率及铜绿微囊藻MDA浓度先逐渐增加然后降低;同时,铜绿微囊藻叶绿素a浓度呈现先降低后增加的趋势;各个处理组中,铜绿微囊藻SOD活性也表现出明显的差异,表明铜绿微囊藻胁迫对黄菖蒲的化感作用具有一定的诱导效应,具体表现为:一定范围内,铜绿微囊藻初始密度越高,其胁迫效应促使黄菖蒲释放越多的化感物质,导致其种植水化感抑藻能力增强,但是在铜绿微囊藻密度过高时,黄菖蒲种植水的化感抑藻能力开始降低。     

典型植物化感物质对铜绿微囊藻生长的抑制效果评价

以铜绿微囊藻为研究对象,从抑制率,有效剂量,起效时间,抑制时效和使用成本等方面评价了酚酸类,生物碱类,脂肪酸和酯类共13种化感物质的抑藻效应.结果表明,生物碱类物质对微藻生长的抑制效果最强,其抑制率（>80%）高达酚酸类,脂肪酸和酯类化感物质的4~52倍,其抑藻时效也显著长于酚酸类,脂肪酸和酯类化感物质.生物碱类物质中,血根碱具有最大饱和抑制率（>90%）,但其单位剂量的抑藻率[11%/（mg/L）]仅为白屈菜红碱,芦竹碱和小檗碱的16%,49%和63%;白屈菜红碱对铜绿微囊藻的抑制作用最为灵敏高效,抑制铜绿微囊藻所需的最低剂量为0.2mg/L,最短时间为0.4d,且在2mg/L条件下便能维持7d以上的抑制时效.4种生物碱中,血根碱与白屈菜红碱的使用成本较高,超过芦竹碱和小檗碱的800倍.综合各项抑藻特性,植物化感物质的抑藻能力顺序前四为白屈菜红碱 > 小檗碱 > 血根碱 > 芦竹碱;抑藻成本顺序前四为：壬酸 < 芦竹碱 < 小檗碱 < PHBA.     

海洋卡盾藻无细胞滤液对赤潮微藻的作用及其与微藻的共培养

实验模拟条件下,研究了海洋卡盾藻无细胞滤液对四种微藻生长的影响及其与东海原甲藻和塔玛亚历山大藻的共培养。结果表明:卡盾藻无细胞滤液对三角褐指藻、东海原甲藻和塔玛亚历山大藻细胞的生长速率都有显著的抑制效应(P<0.01),而对中肋骨条藻的生长抑制作用较弱,当卡盾藻滤液在高浓度(15 mL、20 mL)/40 mL下,中肋骨条藻的生长才受到显著抑制,而低浓度下没有明显影响。海洋卡盾藻与甲藻的共培养明显促进了卡盾藻的生长,抑制了甲藻的生长,对东海原甲藻的抑制作用较强。共培养的结果可能是由于海洋卡盾藻与甲藻之间存在化感作用或营养盐竞争作用,而无细胞滤液对微藻的作用表明海洋卡盾藻对微藻产生化感效应。     

药剂抑制铜绿微囊藻生长的试验研究

研究用从芦苇中提取的2-甲基乙酰乙酸乙酯和大麦秸浸出液两种化感物质以及十六烷基溴化铵和异噻唑啉酮等四种药剂对不同生长期的铜绿微囊藻进行了对比抑制试验,结果显示在铜绿微囊藻生长的迟缓期投加试验药剂效果比在对数期投加效果都好,在迟缓期投加四种药剂,都有很好的抑藻效果;在铜绿微囊藻生长的对数期投加化感物质,虽然有一定的抑藻率,但效果较差,而在藻对数期投加10mg/L以下的CTAB和异噻唑啉酮能达到很好的水华抑制效果。同时发现,化感物质在某些浓度时还对铜绿微囊藻有刺激生长的作用。     

化感物质对小球藻抗氧化体系酶活性的影响

利用水生植物产生的化感物质抑制有害藻类是1种藻类控制新技术.研究了选择性抑藻化感物质EMA对蛋白核小球藻和普通小球藻抗氧化酶体系活性的影响.结果显示,化感物质浓度为0.25 mg/L时,2种藻类的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性都高于对照组.但随着化感物质浓度的升高,蛋白核小球藻3种酶活性都逐渐下降,当化感物质浓度为4 mg/L时,SOD活性为0;而普通小球藻的酶活性随着化感物质浓度升高持续升高,都达到对照组的3～4倍.     

两种酚酸类化感物质对铜绿微囊藻生长的影响

探讨了两种酚酸类化感物质对苯二酚和没食子酸对铜绿微囊藻生长的影响。结果表明,对苯二酚和没食子酸在0.015mg/L和0.1mg/L时,对铜绿微囊藻的作用不明显;随着浓度的增加,两种化感物质对铜绿微囊藻的抑制作用显著增强。没食子酸为2mg/L时,对铜绿微囊藻的抑制率达72.5%,对苯二酚为0.2mg/L时,可完全抑制铜绿微囊藻的生长。对苯二酚和没食子酸对铜绿微囊藻96h半效应浓度EC50分别为0.059mg/L和1.73mg/L。显然,对苯二酚对铜绿微囊藻的作用效果更加显著。     

海洋细菌Marinobacter adhaerens HY-3分离鉴定及对中肋骨条藻的化感作用

菌藻化感作用是一种极其复杂的生理、生态学现象.从虾蟹混养池分离得到1株海洋细菌,经16S rRNA序列比对确定为Marinobacter adhaerens HY-3,选择我国常见赤潮优势种中肋骨条藻(Skeletonema costatum)作为对象,研究海洋细菌与其种间化感效应,利用共培养和添加细菌胞外代谢物,以S.costatum生长量及叶绿素a含量为参数,研究细菌对S.costatum生长及光合作用的影响.结果表明,菌液浓度104以上对S.costatum生长产生抑制,培养至第10 d,104、106、108组藻生长量分别是对照组的70%、23%、22%;叶绿素合成量是对照组88%、62%、60%;抑制效应随菌浓度的增加有逐渐增加的趋势.添加细菌胞外代谢物,对S.costatum生长无影响;因此,M.adhaerens HY-3对S.costatum存在一定的化感作用,对其生长及光合作用均产生较大的影响;S.costatum与M.adhaerens HY-3的种间相互作用,是由菌藻细胞的直接接触进行,代谢物不存在化感作用因子.