【doc】不同营养水体对喜旱莲子草化感抗藻的影响

【doc】不同营养水体对喜旱莲子草化感抗藻的影响 不同营养水体对喜旱莲子草化感抗藻的影 响 第21卷第1期 Vo1.2l,No.1 草业 ACTAPRATACULTURAESINICA 279—284 2012年2月 不同营养水体对喜旱莲子草化感抗藻的影响 叶良涛,钱家忠,左胜鹏,李蜀萍,陈雅琼 (1.安徽师范大学环境科学与学院,安徽芜湖241003;2.合JET业大学资源与环境工程学院,安徽合肥230009) 摘要:基于植物化感原理,通过水培实验,模拟在蒸馏水,培养液(BG11营养液)和巢湖湖水(富营养化水体)3 种不同营养状态的水体下,研究外来入侵植物喜旱莲子草不同培养时期的活体植株和不同腐解时期的残体植株对 铜绿微囊藻生长的影响,同时还测定了喜旱莲子草活体植株种植水和残体植株腐解液的pH值和氧化还原电位的 变化.结果表明,1)在不同水体营养状态下,喜旱莲子草具有抗藻的潜势,活体植株和残体植株在不同时期均显着 抑制迟滞期的铜绿微囊藻(P<O.01),且残体植株抑制作用更强;不同营养水体中喜旱莲子草化感抗藻潜力差异显 着(P<O.05),其中活体植株对铜绿微囊藻的抑制效应为:蒸馏水>富营养化湖水>标准BG11营养液,残体植株 为:富营养化湖水>标准BG11营养液>蒸馏水.2)两类材料均显示相似的化感抗藻动态,抑制作用先逐渐增强, 5d内达到对铜绿微囊藻较高抑制率(活体植株最高抑制率为7O.7;残体植株为 91.7),随后抑制率逐渐趋于稳 定.3)喜旱莲子草活体种植水与残体植株腐解液理化性质显着不同(P<o.05),pH 值和氧化还原电变化与溶液, 时间,材料等因素有关. 关键词:水体营养状态;喜早莲子草;铜绿微囊藻;化感作用;入侵管理 中图分类号:Q945.17文献标识码:A文章编号:1004—5759(2O12)O10279-06 一 些水生植物能产生化感物质抑制有害藻类的生长,因此利用水生植物的化感潜力抑藻成为一种很有前景 的藻类控制技术口].如挺水植物中的芦苇(Phragmitescommuni5)释放2一甲基乙酰乙酸乙酯],浮水植物中的 凤眼莲(Eichhorniacrassipes)释放N一苯基一2一萘胺_4],沉水植物中的穗花狐尾藻(Myriophyllumspicatum)[5产 生五倍子酸,焦桔酸等,均能抑制水体中有害藻类的生长.两栖植物喜旱莲子:草(Alternantheraphiloxeroides) 是苋科多年生草本植物,原产南美洲,后被引入北美洲,大洋洲,东南亚和中国等地,现已成为一个世界性的人 侵植物种].目前关于喜旱莲:草的研究多集中于喜旱莲子草生物入侵性,生态适应性嘲,生物防治[93,环境 效应__l.]以及对草坪草的化感作用口等方面的内容,而关于入侵植物喜旱莲子草抗藻方面的研究鲜有报道.由于 在我国巢湖,滇池,太湖等众多浅型湖泊中几乎连年暴发水华,有害藻中以蓝藻和绿藻居多.因此,本研究选择铜 绿微囊藻为实验对象,不同的喜旱莲子草水体营养环境,比较分析了喜旱莲子草活体和残体植株对铜绿微囊 藻生长的影响,同时调查水体理化性质,试图揭示富营养化水体中入侵植物喜旱莲子草化感控藻的机制,为有效 地管理和利用人侵植物,以及合理控制水华提供理论参考. 1材料与方法 I.1材料 铜绿微囊藻购自中国科学院水生生物研究所淡水藻种库.实验前用BG11培养基在GHP一160光照培养箱 (三发,上海)中对铜绿微囊藻进行扩大并稳定继代培养,光暗周期12h:12h,昼间温度25C,光强70mol/ (ms);夜间温度20?.喜旱莲子草于2009年7月采自于巢湖忠庙湿地,实验前分别经自来水,蒸馏水各冲洗 3次,每次10min,去除植株上携带泥沙,附着物等杂质.其中一部分植株在水族箱作为活体培养,备用;另一部 分在110?下杀青15min,再自然晾干,剪成5cm小段,放于低温冰箱保存,备用. 1.2喜旱莲子草活体和残体植株化感抗藻测定 实验共设3种培养环境:富营养化湖水(巢湖西半湖湖心,其水体特征见表1),标准BG11培养液和二次蒸馏 收稿日期:2OlO一11-08;改回日期:2Ol1—01—11 基金项目:国家自然科学基金(30900186),安徽高等学校省级自然科学研究项目(KJ2008B192;?和安徽师范大学大学生创新性实验 (cxsyl0021)资助. 作者简介:叶良涛(1980),男,安徽桐城人,在读硕士.E—mail:yeliangtao@126.com *通讯作者.E—mail:whmzsp79@mail.ahnu.edu.cn 280ACTAPRATACULTURAESINICA(2O12)Vo1.21,No.1 水.选取30株形态相似(30em/株),生物量相近,幼嫩鲜活的喜旱莲子草植株,分别移植于装有上述3种培养液 (培养液体积为10L)的水族箱中(2ocm×40cm×60cm),每箱移栽10株.当移植成活后,分别在第0,5,10,15 和20天用酸度计(雷磁,上海)测定培养水体的pH值和氧化还原电位.同时分别取2类材料在3种不同水体营 养状态下所对应天数的种植水和腐解液100mL,先用定性滤纸过滤,再用0.45m的滤膜(新亚,上海)进行抽 滤,最后通过0.22m的滤膜(新亚,上海)滤除微生物和杂质,储藏于4?冰箱备用. 表1来自巢湖的富营养化培养水体特征 Table1WaterfeaturesofeutrophicculturemediumfromChaohuLakemg/I 前期实验结果显示在接种铜绿微囊藻的同时,分别加1,2,5,10,20mL上述3种滤液,培养3,6,9,12, 15d后,发现10mL添加液对处于迟滞期(即0,6d)的铜绿微囊藻有显着抑制,而且处理间差异显着(P<0.01, 20mL为100%抑制,数据未显示).在已装有50mL灭菌BG11培养液的锥形瓶中,于DL—CJ一2ND医用型超净 工作台上,分别接种5mL铜绿微囊藻液. 因此,本实验先采用喜旱莲子草活体植株,3类水体(蒸馏水,BG11,富营养水),每类水体各取5个培养时期 水样(第0,5,10,15和20天),每时期均取20mL水样,最后得到10mL滤液,加入到已接种4d的藻类培养液 中,用带微生物过滤的封口膜包裹好,放入光照培养箱进行培养,培养3d后,从各处理的锥形瓶中取l0mL于试 管中用低频漩涡混合振荡器振荡2min,使藻细胞分布均匀,然后分别在显微镜(欧依卡,重庆)下用血球计数板 进行计数,测定藻密度.培养过程中,每天定时振摇4次,进行藻类扰动,增强活力和保持正常增殖.活体植株共 15个处理,每处理重复6次.同理,进行残体植株腐解实验,以上步骤基本相同,只是在以上3种培养液中,以50 g/L的标准进行添加喜旱莲子草残体植株,在水族箱自然腐解,最后测定藻密度. 化感指数(allelopathicindex)的确立是根据Williamson和Richardson_】提出的化感作用评价方法. 1.3数据处理 实验数据采用Excel2003软件进行作图和统计分析. 2结果与分析 2.1不同营养水体对喜旱莲子草化感抗藻的影响 在3种不同的水体营养状态下,喜旱莲子草活体植株对铜绿微囊藻的抑制效应为: 蒸馏水>富营养化湖水> 标准BG11营养液(图1A).喜旱莲子草第5天的种植水已达到抗藻的一个高峰,随后的第10天到第20天的种 植水抑藻效应趋于稳定,但有轻微波动.在蒸馏水培养下,其第5天种植水对铜绿微囊藻的化感指数为7O.7, 为最高值;之后从第5天到第15天的种植水化感指数持续下降,到第15天降到最低值;随后其种植水化感指数 又开始缓慢上升.在富营养湖水培养下,喜旱莲子草活体植株第5天种植水对铜绿微囊藻的化感指数为56.5; 在第5,10天,其种植水化感指数开始缓慢上升,第l0天达到最高(63.2);之后化感指数开始缓慢下降,第20 天下降到最低值,仅为54.在BG11营养液培养下,喜旱莲子草活体植株第5天种植水对铜绿微囊藻的化感指 数为48.5,达到最高值;随后第5,20天,化感指数先下降再上升,然后再下降,直到最低值37.1Y0.喜旱莲子 草残体植株腐解液化感抗藻动态在3种不同营养水体中差异显着,表现为:富营养化湖水>标准BG11营养液> 蒸馏水,但总体趋势基本相同(图1B),即第5天的腐解液化感指数达到最大值,随后的第1o,20天抑藻效应趋 于稳定.在富营养化湖水中腐解的喜旱莲子草残体植株表现出最佳的化感抑藻效应,其第5天的腐解液就对铜 绿微囊藻的化感指数达到91.7;之后在第5,15天,其化感指数逐渐上升,并达到最高值(96);随后,在第15 , 2O天,其值略有下降.在BG11营养液中腐解的喜旱莲子草残体植株抑藻效应中等,其第5天的腐解液对铜绿 微囊藻化感指数达到87.1,仅次于第10天的腐解液对铜绿微囊藻87.99/6的最高化感指数;之后在第l0,20 第21卷第1期草业2012年281 天,其化感指数持续下降.在蒸馏水中腐解的喜旱莲子草残体植株化感抑藻效应在3类模拟水体环境中最低,其 腐解液对铜绿微囊藻的化感指数最高值仅为78.5. 2.2喜旱莲子草培养水体的pH变化 喜旱莲子草的活体植株和:残体植株的水培养液pH值随时间推移而发生改变,残体植株腐解液的pH值主 要呈酸性,而活体植株培养液的pH值变化趋势不一致(图2).活体植株的富营养化湖水培养液pH值偏碱性, 在标准BG11培养液中pH值近似为中性,在蒸馏水培养液中pH值偏酸性,即3类水体的pH值按降序排列为: 富营养化湖水>标准BG11营养液>蒸馏水(图2A).在不同的水体环境中喜旱莲子草残体植株腐解液的pH 值变化趋势很明显,都是随时间的推移缓缓下降,但到了15d以后pH变化趋势平稳,基本无变化(图2B).喜旱 莲子草残体植株可能在腐解的过程中释放某些酸性物质,使得pH缓缓下降. 1O 8 6 4 O51Ol52O 时间Time(d) 12O 1OO 0510l5 时间Time(d) 图1不同营养水体中的喜旱莲子草活体植株(A)和残体植株(B)对铜绿微囊藻生长的影响 Fig.1Effectsoflivingplants(A)anddeadplants(B)ofA.philoxeroidesonthe growthofM.aeruginosaindifferenttrophicstatus O 10 8 6 4 20 51015200 时间Time(d) l0l520 时间Time(d) 图2喜早莲子草的培养液在不同培养时间下的pH变化 Fig.2pHvariationofcultivatedsolutionofA.philoxeroidesatdifferentcultivatedperiod A:活体植株Livingplants;B:残体植株Deadplants. 2.3喜旱莲子草培养水体氧化还原电位变化 喜旱莲子草的活体植株培养液和残体植株腐解液的氧化还原电位随时间发生显着变化,且两者氧化还原电 位变化趋势不同(图3).喜旱莲子草活体植株蒸馏水培养液的氧化还原电位的总变化趋势是先逐渐下降到最低 点再逐渐上升.喜旱莲子草活体植株富营养化湖水培养液的氧化还原电位总变化趋势是先缓慢上升后逐渐下 降.喜旱莲子草活体植株标准BG11培养液的氧化还原电位也是先缓慢上升,但后期大幅下降.喜旱莲子草残 ?印?加0 (_)?II一.一II0—0一一《如 ?印如?如加m0 (_)pu量d0_IQ一孑吕{越 282ACTAPRATACULTURAESINICA(2012)Vo1.21,No.1 体植株的3类水体环境腐解液的氧化还原电位变化趋势基本一致,都是逐渐下降的,按降序来排列大致顺序为: 蒸馏水>标准BG11营养液>富营养化湖水.总之,活体植株培养液的氧化还 原电位变化较缓,按降序来排列大 致顺序为:蒸馏水>富营养化湖水>标准BG11营养液,其氧化还原电位值大部分比残体植株腐解液氧化还原电 位值高;残体植株腐解液的氧化还原电位值变化幅度较大,且氧化还原电位值随时间推移逐渐降低(图3). 0510152OO5 时间Timefd 1O152O 时I司Time(d) 图3喜旱莲子草的培养液在不同培养时间下的氧化还原电位的变化 Fig.3OxidationandreductionpotentialvariationofcultivatedsolutionofA.philoxeroidesat differentcultivatedperiod A:活体植株Livingplants;B:残体植株Deadplants. 1Um 3讨论 3.1喜旱莲子草对铜绿微囊藻生长特性的影响 植物化感物质的释放途径主要包括植物挥发,根系分泌,雨雾淋溶,残株分解等"].因此推测喜旱莲子草 活体植株主要通过根系分泌方式释放化感物质,而残体植株主要采用腐解方式释放化感物质.本研究发现入侵 植物喜旱莲子草的活体植株和残体植株培养液均对铜绿微囊藻的生长和繁殖表现出一定的化感抑制效应,且喜 旱莲子草的残体植株腐解液比活体植株种植水对铜绿微囊藻的生长抑制效应更强.喜旱莲子草活体植株在不同 水体培养环境下化感作用强弱关系,按降序排列为:蒸馏水>富营养化湖水>标准BG11营养液.孔垂华等] 认为在缺水,缺肥等环境胁迫条件下,植物可以通过释放化感物质的方式抑制周围其他植物的生长,从而增加其 对养分,水分等的相对竞争能力.蒸馏水中培养的活体植株正是在缺肥的环境胁迫 下,释放大量化感物质抑制周 围其他植物生长,其种植水对铜绿微囊藻生长抑制效应最强;同样,在富营养化湖水中培养的活体植株由于其营 养物质过剩,也会释放大量化感物质,但对铜绿微囊藻的抑制效应比蒸馏水培养液要弱;而在营养成分适中的 BG11培养液生长的喜旱莲子草由于不受任何环境因子胁迫,释放的化感物质量最少,其化感指数也最低.研究 还发现喜旱莲子草残体植株在不同水体培养环境下所呈现的化感作用也存在明显的强弱关系,其顺序为:富营养 化湖水>标准BG11营养液>蒸馏水.而3种不同营养状态下的水体环境中的营养成分排列顺序也为:富营养 化湖水>BG1l培养液>蒸馏水.这表明营养物质中某些成分可能会加快残体植株分解的速度和程度,所以在 营养物质含量越高的情况下,残株越容易腐解释放大量化感物质,抑制铜绿微囊藻的生长和繁殖. 3.2培养水体性质pH和氧化还原电位对化感抗藻的影响 pH值是藻类生长的非常重要的理化指标.一般认为,蓝藻偏好较高的pHl1,但本实验发现在酸性pH和 碱性pH条件下的活体植株培养液和残体植株腐解液均对铜绿微囊藻有很好的抑制效应,只是在低pH环境条 件下,残株腐解液的抑藻效应表现得更强烈些.本研究中的喜旱莲子草残体植株腐解液比活体植株培养液对铜 绿微囊藻的生长抑制效应更强,残体植株可能分解产生更多的酸性化感物质,pH值开始下降,导致藻的生长受 到抑制,而后pH值又慢慢趋于稳定,抑藻效应也随之趋于稳定.目前还未见氧化还原电位变化与水生植物化感 物质释放强度关系的相关报道.本研究中喜旱莲子草活体植株培养液氧化还原电位变化较缓,而残体植株腐解 OOOOOOO424矗 ^>旨.一是lu.loLl...矗0一p10 .审蹄 OOOOOOOOOO 43204 ^净g)【毒lU.芑【r0tl0一0 第21卷第1期草业2012年283 液的氧化还原电位表现为持续下降,这可能是活体植株培养液释放化感物质速率 较慢,量较少,而残体植株腐解 液释放化感物质较快,量较多.喜旱莲子草的残体植株可能释放一些具有还原性化 学物质,消耗了水中氧化性物 质,所以导致出现培养液中氧化还原电位缓缓下降现象,这些物质具体化学成分还 需进一步分析. 参考文献: EliHongY,HuHY.EffectsoftheaquaticextractofArundodonaxL.(giantreed)onthegrowth offreshwateralgae[-J~.A1 lelopathyJournal,2007,20(2):315—325. 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Keywords:trophicstatusofwaterbody;Alternantheraphiloxeroides;Microcysti口 r.g,20sn;allelopathy; invasivemanagement