两种沉水植物附着生物种群特征对水深的响应研究

选取浅水湖泊中两种常见沉水植物上的附着生物作为研究对象,通过显微观测和16S rRNA高通量测序的方法,探究原位实验条件下水深(分别以T1、T2、T3、T4代表0.6、1.2、1.8和2.4 m)对狐尾藻(Myriophyllum spicatum)和马来眼子菜(Potamogeton malainus)附着藻类和附着细菌种群组成及其多样性特征的影响.结果表明,沉水植物附着生物种群特征与水深和生物种类有关,试验组中所有水深梯度下的狐尾藻附着生物群落的自养指数(AI)均大于马来眼子菜,且试验组中较小水深0.6~1.2 m的AI值较高,较大水深1.8~2.4 m的AI值较低.两种沉水植物表面附着藻类组成随水深变化差异显著(p0.05),绿藻门和硅藻门仍占种群绝对优势;附着细菌种群随水深梯度的变化差异也显著(p0.05),但主要包括有Proteobacteria、Firmicutes和Bacteroidetes等优势菌群,同种沉水植物或相似水层深度间的附着细菌组成和丰度有较高的相似性,并且试验组中较小水深0.6~1.2 m中拥有更多特有的细菌种类.研究发现,相同水深时狐尾藻附着藻类的多样性大于马来眼子菜,而马来眼子菜附着细菌多样性大于狐尾藻,且位于中等水深1.2~1.8 m时两种沉水植物附着藻类和附着细菌的多样性往往最高.通过水深对沉水植物附着生物种群特征影响的研究,可为揭示沉水植物表面微生态作用规律提供参考.     

溶解氧和光照对狐尾藻衰亡释放氮磷碳的影响

将杀青后的狐尾藻(Myriophyllum spicatum)切成0.5～1cm段浸泡于添加氯仿(抑制微生物活性)的装水烧杯中,置于人工气候箱(温度为5℃),考察光照和溶解氧对因植物组织溶解而导致的氮磷碳释放的影响。研究结果表明曝气组总氮释放量平均3.33mg/L,比不曝气组高6.39%。总磷释放量平均15.07mg/L,比不曝气组低50%以上。COD平均释放量66.83mg/L,为不曝气组2倍以上。(1)曝气抑制了硝氮释放。在搅拌作用下,植物残体和水溶液充分碰撞与接触,加速植物残体中氮和碳向水中转化,导致曝气组总氮、氨氮、有机氮和COD升高。曝气组植物残体破碎导致表面积增加对磷吸收的促进程度强于对附着作用的降低以及植物残体磷释放作用的增加,综合作用下导致水中磷浓度降低。曝气抑制了硝氮、总磷、溶解性总磷和溶解性无机磷释放。(2)有光照组总氮、总磷和COD平均浓度分别为3.13,30.53和32.51mg/L,分别为无光照组的1.24,3.28和2.46倍。光照促进狐尾藻总氮、氨氮、硝氮、总磷、溶解性总磷、溶解性无机磷及碳的释放,但抑制有机氮释放。     

狐尾藻在不同营养底泥腐解过程中胡敏酸的变化

采用平行因子分析方法,结合紫外吸收光谱、三维荧光光谱以及傅里叶变换红外光谱技术,研究了沉水植物狐尾藻在低、中、高营养底泥腐解过程中胡敏酸（HA）的变化,进一步揭示了不同营养底泥对沉水植物腐解的影响机制.结果表明,底泥营养水平越高,狐尾藻腐解得越快（P<0.05）,释放出更多的溶解性有机碳（DOC）、溶解性总氮（DTN）、溶解性总磷（DTP）和腐殖质;底泥营养程度与HA的疏水性、分子复杂性、分子量大小呈正相关（P<0.05）;荧光鉴别出不同营养底泥HA都含有1种类蛋白质组分C2和2种类富里酸组分C1、C3,且类富里酸组分和类蛋白质组分在不同腐解条件下具有相似的组分特征;不同营养底泥不同时间提取的HA红外图谱较为相似,表明不同腐解条件不同时间提取的HA含有相似的官能团,狐尾藻腐烂高营养底泥组提取的HA含有更多的芳香性物质和有机磷.采用光谱分析法对狐尾藻腐烂分解HA成分的化学结构特征进行系统的研究,可深入了解不同营养底泥对沉水植物腐解的影响机制,为湖泊水环境生态治理和修复提供理论参考.     

高铵条件下绿狐尾藻的生理与氮磷吸收特征

为了探讨水生植物绿狐尾藻(Myriophyllum aquaticum)在生态湿地系统对高铵态氮(NH_4~+-N)的耐受及氮(N)、磷(P)吸收能力,试验设置3个高NH_4~+水平(70、210、420 mg·L~(-1))的营养液,对绿狐尾藻培养21 d,研究高浓度NH_4~+对绿狐尾藻生理及N、P吸收特征的影响.结果表明,70 mg·L~(-1)高NH_4~+处理,绿狐尾藻生长健壮,培养21 d后,茎高和生物量分别达到40.56 cm和17.82 g·穴-1;与70 mg·L~(-1)高NH_4~+对照相比,210 mg·L~(-1)高NH_4~+处理下,绿狐尾藻丙二醛含量显著增加,但叶绿素和可溶性糖含量仍较高,说明其受到一定NH_4~+的胁迫,但不影响其正常生长,茎和生物量的生长速率与对照无显著差异.当NH_4~+水平达到420 mg·L~(-1)时,丙二醛含量增加了2倍,茎高和生物量生长速率仅为对照的27.4%和17.9%,植物受到严重胁迫,生长受阻甚至死亡.3种高NH_4~+处理下,绿狐尾藻总N和总P含量的变化范围为30.7~53.4 mg·g~(-1)和3.8~7.7mg·g~(-1),表现出对N、P超高的吸收能力.鉴于绿狐尾藻在高浓度NH_4~+-N中的高耐受性,及很强的N、P吸收能力,绿狐尾藻可作为高铵/氨废水生物处理中理想的湿地生物,将具有良好的应用前景.     

穗花狐尾藻生长及酚类物质含量对光照强度的响应研究

沉水植物穗花狐尾藻(Myriophyllum spicatum)能产生对水华蓝藻生长有抑制效应的酚类活性物质。为了揭示光照强度对穗花狐尾藻的生长及其体内酚类物质含量的影响,文章研究了不同光照强度下穗花狐尾藻的生物量及其顶端组织与茎中的可溶性糖、可溶性蛋白、总酚的含量以及与酚类代谢相关酶——苯丙氨酸裂解酶(Phenylalanine ammonia-lyase,PAL)的活性,结果表明:穗花狐尾藻生物量随着光照强度的减弱而显著降低;高光照强度和中等光照强度下,顶端组织中可溶性蛋白、总酚含量和PAL酶活都明显高于茎中各指标;茎中的总酚含量、PAL酶活性在低光照强度下显著高于高光照强度和中等光照强度下。     

不同水深条件下狐尾藻生长对沉积物氮磷的影响

采用巢湖原位试验研究了80、160和240 cm 3个水深条件下生长的沉水植物狐尾藻(Myriophyllum spicatum L.)对沉积物和间隙水中氮磷的影响。结果表明,狐尾藻的株高和生物量随着水深的增加总体呈下降趋势,并且其差异随着生长期的延长而加大,水深为240 cm的条件下狐尾藻具有最小的株高和生物量,即240 cm的大水深条件不利于狐尾藻的个体形态构建;而相对浅的水深条件(80和160 cm)则是其生长的较佳生境。狐尾藻的生长过程中能够通过根系吸收和根际环境的改变使沉积物和间隙水中的氮磷含量明显下降,一定程度上降低了沉积物氮磷向上覆水体释放的风险,并且其抑制能力随着不同水深条件下植株的长势不同而有所差异,即在植株生长良好的浅水条件下其对沉积物和间隙水中氮磷的抑制效果更佳。因此,较浅的水环境有利于沉水植物的生长,同时还能充分发挥植物对沉积物氮磷的控释作用。     

有机质腐解对穗花狐尾藻生长及生理的影响

以原沉积物和分别添加0.5%与1%有机质(植物残体)的沉积物作为底质培养沉水植物,采用室内模拟实验研究了有机质的腐解过程对穗花狐尾藻生长及生理作用的影响.结果表明,在试验的早期阶段,有机质的腐解对狐尾藻的生长有一定的抑制,但在整个培养阶段,与原沉积物组相比,0.5%有机质的加入,在一定程度上可促进植株生长, 狐尾藻生物量和根系生物量平均增加了12.99%和125.31%,而1%有机质的加入,狐尾藻生长受到抑制.在培养的前16d,有机质的添加抑制了沉水植物狐尾藻叶绿素和可溶性蛋白含量的增加,在培养中后期,0.5%有机质的加入,可促进植株体内可溶性蛋白和叶绿素含量的积累.0.5%有机质添加条件下, 超氧化物歧化酶(SOD)活性持续升高,添加1%有机质和较长时间处理时,狐尾藻抗氧化酶系统活性先升高后降低. 在培养前期,1%有机质添加组植株丙二醛(MDA)含量比原沉积物组提高了20.13%,但与0.5%组差异不显著,即低浓度有机质的增加能促进狐尾藻生长及生理代谢,但随着有机质增加量的升高对狐尾藻的生理活动将产生不利影响.     

狐尾藻对水体和沉积物中碱性磷酸酶动力学特征的影响

在室内模拟条件下栽培狐尾藻,通过对上覆水、间隙水和沉积物中碱性磷酸酶动力学参数变化的分析,揭示了沉水植物对湖泊富营养化影响的酶学机制. 结果表明:在试验条件下,栽培狐尾藻使上覆水、间隙水和沉积物中的碱性磷酸酶的最大反应速率(V_max)均有所降低;狐尾藻对上覆水和底质中碱性磷酸酶反应速率及亲和力的抑制作用比较明显,对间隙水主要是抑制溶解性碱性磷酸酶的V_max;狐尾藻对土壤中碱性磷酸酶的影响比同一营养水平的沉积物大,与沉积物相比,土壤作底质时上覆水中碱性磷酸酶的V_max和K_m(米氏常数)高,底质中碱性磷酸酶的V_max和K_m低;沉积物中碱性磷酸酶的V_max呈上升趋势,与上覆水相反,间隙水中碱性磷酸酶的V_max季节性变化明显,其最高值出现在7—8月.      

氨氮与镉单一和复合作用对沉水植物穗花狐尾藻和轮叶黑藻光合能力的影响

在水-土环境中,单一物质引起的污染很少,绝大多数污染是多种污染物质共存所造成的.利用碘量法测定溶解氧,研究了氨氮与镉单一和复合作用对沉水植物穗花狐尾藻和轮叶黑藻光合能力的影响.结果显示,氨氮浓度在4.0 mg·L^-1时,对轮叶黑藻有较强的胁迫作用,表现为光合作用的产氧量与呼吸作用的耗氧量均下降,而此浓度对穗花狐尾藻没有表现出胁迫作用;当镉处理浓度为0.2 mg·L^-1时,镉对2种沉水植物都表现出明显的胁迫效应,且对轮叶黑藻的胁迫作用更强;当镉与氨氮复合作用时,对轮叶黑藻产生联合毒害作用,但对穗花狐尾藻毒害作用较轻,可能原因是穗花狐尾藻所含的粗纤维比轮叶黑藻少,细胞壁上能结合重金属的位点较少,所以吸附的镉相应减少,毒性较小.实验结果表明在进行湖泊水生植物修复时,相对于轮叶黑藻,穗花狐尾藻更适合作为生态恢复的先锋物种.