水浮莲(Pistia stratiotes L．)对NH_4^+-N和NO_3^--N吸收动力学研究(英文)

水体中的营养元素过多(特别是氮、磷)所导致的富营养化现象已是全球性的环境问题。近来利用大型维管束植物对富营养化水体的修复已备受关注。然而,水体中氮的去除受到包括氮的离子形态及其在水体中浓度等各种因素的影响。研究通过Michaelis-Menten动力学方程来研究植物根系表面氮的浓度与植物吸收氮的相互关系。该方程包括2个参数:吸收最大速率(Vmax)和米氏常数(Km),其分别表示植物吸收不同氮形态的最大速率和对不同氮形态亲和力的高低。利用加权回归分析结果表明,生长在不同浓度营养液水浮莲(Pistia stratiotes L.)吸收速率拟和Michaelis-Menten方程。水浮莲对NH_4^+-N的Km很高,表明其对NH_4^+-N亲和力高;在NO_3^--N单一氮源提供下,水浮莲对NO_3^--N的吸收动力学与NH_4^+-N相似。然而,在营养液中同时存在NH_4^+-N和NO_3^--N时,NO_3^--N吸收的最大速率明显降低,但对其Km的影响不大,这种抑制作用看来属于非竞争性的。在NH_4^+-NN和NO_3^--N的同时存在下,由于植物吸收NO_3^--N能力的降低可能导致植物对氮的利用率下降。

水浮莲(Pistia stratiotes Linn.)的体外再生与繁殖(英文)

建立了水生单子叶植物水浮莲(PistiastratiotesLinn.)通过器官发生途径的体外高效再生与繁殖方法.采用叶、茎节和匍匐茎为外植体诱导愈伤组织,只有茎节能够在添加2,4-D和6-BA的MS基本培养基上形成愈伤组织,而叶和茎在含有不同组合植物激素的培养基上都不能够诱导愈伤产生.将愈伤组织转到添加6-BA和NAA的MS固体分化培养基可以在2wk内形成小苗,将小苗移至含NAA的MS固体生根培养基形成完整的植株.将生根苗转入无植物激素的不同基本液体培养基里比较其生长效果,其中含有2倍大量元素的SH培养基最适合其生长繁殖,在2wk内可以由1个小苗繁殖出10个新的植株.本研究是关于该植物体外再生的首次报道.水浮莲体外再生及繁殖系统的建立不仅可以用于在无菌条件下进行基础生理生化研究,还可以用于该植物遗传转化系统的建立.由于该植物生长迅速且为无性繁殖,生产成本低,通过基因工程方法表达外源基因将可以用于重组药用蛋白的生产及污染水体的转基因植物修复.

水浮莲(Pistia stratiotes L.)在极端环境中的生存能力检测

检测水浮莲(Pistia stratiotes L.)在不同pH和不同温度条件下的生长能力以及对NaCl的敏感性,结果表明,水浮莲最适合的生长繁殖温度条件为20～35℃,低于10℃时不能够正常生长繁殖,低于5℃时难以保持生存能力;最适pH范围在pH6～10之间;水浮莲对NaCl非常敏感,10 mM.L-1NaCl影响水浮莲的正常生长,高于此浓度的NaCl会导致水浮莲的黄化以及死亡.

利用水浮莲(Pistia stratiotesL.)净化城市污水的实践

将城市污水的流量控制在400m3/d左右的条件下,在3200m2池面水浮莲净化塘内进行净化处理.结果表明,在滞留处理时间为8d时, SS、BOD5、CODCr、NH4-N与色度的去除率分别保持在91.85%、84.54%、81.91%、61.88%、86.96%以上,净化水的理化指标达到二级排放标准;细菌总数与大肠杆菌群总数的剩余率也仅为净化前的0.0078%和0.075%,水的卫生指标也得到明显改善.

锰氧化细菌定殖对漂浮植物大薸去除水中锰和氨氮的影响

将2株具有植物促生长潜力的锰氧化细菌(manganese oxidizing bacteria,MOB)——微小杆菌属(Exiguobacterium)OS和松鼠葡萄球菌(Staphylococcus sciuri)WLS01分别定殖到漂浮植物大薸根部,通过观察和测定水培14 d前后植物的生长和生理响应、水中锰和氨氮含量、植物对锰的转运的变化来研究MOB定殖对植物的影响。结果表明:定殖OS和WLS01后大薸生物量增长比例分别达到31.29%和25.81%,远高于未定殖组,同时增强了其光合作用。但定殖MOB后的大薸根部出现损伤。

银川平原水葫芦·大薸引种栽培及水体氮磷去除研究

通过在中温带区域(宁夏银川)设置不同浓度梯度水体处理引进栽种水葫芦和大薸,探寻其中后期生长特征以及利用对氮、磷等营养物质的强吸收作用,解决农田退水富含高氮、高磷等营养物质问题。结果表明,水葫芦、大薸喜高浓度营养元素的生长条件,在高浓度(T4、C4)处理条件下生长最好。水葫芦、大薸对于水体氮磷去除效果显著,对水体氮去除率最高可达84.54%、81.55%;对水体磷去除率最高可达99.17%、98.66%。植物死亡枝体腐烂后,体内氮磷元素会返还水体,应在生长放缓时期及时收割。总磷、溶解氧和pH是影响水葫芦生长存活的关键环境因子;除溶解氧因子外,大薸对其余水质指标均响应显著,与总氮、瞬时水温和总氮相关性强。两者长势良好,夏季能适应中温带区域(宁夏银川)气候,解决农田退水富含高氮、高磷等营养物质问题具有可行性。

大薸对规模化奶牛场污水的耐受性和净化效果

为考察大薸对高浓度畜禽污水净化的可行性,通过室内模拟大薸处理奶牛场污水试验,明确大薸在不同类型污水中的生长状况和生理响应,研究大薸对氮、磷和有机物等的净化效果,并通过高通量测序分析微生物群落变化,揭示微生物群落与常规污染物去除之间的关系。结果显示,大薸能够耐受的污水浓度[以化学需氧量(CODCr)计]为0~2000 mg·L^(-1)原水、0~750 mg·L^(-1)厌氧池和氧化塘污水。当大薸受到高浓度污水胁迫时,叶绿素含量明显减少,过氧化氢酶、过氧化物酶和超氧化物歧化酶活性明显升高。在耐受范围内,大薸对奶牛场3种污水具有良好的净化效果:0~10 d内对污染物去除较快,10~20 d内去除率上升缓慢;大薸对原水中总氮、氨氮、总磷和CODCr的去除率分别为84.7%~92.7%、90.6%~96.7%、30.0%~93.1%、67.3%~77.2%,而对厌氧池和氧化塘污水的净化效果略差。从微生物角度分析得出,奶牛场污水微生物以变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)和拟杆菌门(Bacteroidetes)为主,且大薸处理组内的微生物群落结构与无植物对照组明显不同,其中蓝藻菌门相对丰度差异最为明显。微生物群落与水体多项指标显著相关(P<0.05),说明微生物在污染物去除中起重要作用。本研究结果验证了大薸处理高浓度畜禽污水的可行性,为奶牛场污水处理提供了理论基础和技术支撑。

聚合氯化铝修饰改性大薸对中性红吸附性能的影响

基于NaOH对大薸进行改性的吸附剂(MPS),以聚合氯化铝(PAC)为复配剂制备吸附剂(MPSP)。采用材料表征技术分析了大薸复配前后的理化特征,并以中性红模拟染料废水,测试了大薸复配前后上述两种吸附剂对中性红废水的吸附能力,并探究了染料初始pH值、染料浓度、吸附剂投加量、反应温度等参数对中性红吸附性能的影响。结果表明:在相同条件下,与MPS相比,MPSP的比表面积更大,孔隙结构更发达,对中性红的吸附、去除能力更强;MPS和MPSP对中性红的吸附性能均与溶液初始质量浓度、反应时间和反应温度呈正比,与溶液pH值和吸附剂投加量呈反比。准二级动力学模型和Langmuir等温模型能较好地拟合MPS和MPSP对中性红染料的吸附、去除过程,表明吸附过程是以单层化学吸附为主,也存在物理吸附和静电引力作用。

大薸对不同质量浓度畜禽废水的净化作用及生物学效应

实验以自然湿地中采集的大薸为研究对象,在室内模拟条件下首次研究了大薸在低质量浓度至高质量浓度畜禽废水条件下的净化作用及植物生理变化。并探讨了湿地植物大薸对废水的净化作用与生物学效应之间的相关性。研究结果表明:大薸对畜禽废水的CODcr、氨氮、总磷最高去除率分别达到82.33%、69.21%和45.88%。大薸在不同质量浓度畜禽废水胁迫8d后,大薸抗氧化系统酶活性总体呈下降趋势,畜禽废水质量浓度越高,植物损伤情况越明显。大薸叶片中起主要保护作用的酶是POD,变化幅度最明显,对畜禽废水胁迫的敏感性、应激性最强。大薸对畜禽废水的净化作用与大薸的生物学效应相关性较强。

凤眼莲、大薸对铀胁迫的生理生化响应

为探讨凤眼莲和大薸在铀胁迫下的生理生化响应,通过Hoagland水培试验,研究了不同铀质量浓度处理对凤眼莲和大薸的光合色素质量比、抗氧化酶（SOD、CAT、POD）活性、丙二醛（MDA）含量、游离脯氨酸质量比的影响,以及凤眼莲和大薸对铀的富集能力。结果表明：随铀处理质量浓度增大,凤眼莲和大薸体内铀质量比增加,在50 mg/L铀胁迫下,两者体内铀的质量比达1 550.2 mg/kg和963.0mg/kg;在铀的质量浓度为0.1 mg/L时,凤眼莲和大薸的光合色素质量比无显著变化（p〉0.05）,随着铀质量浓度的增大,光合色素质量比持续降低;在铀的质量浓度为0.1~1 mg/L时,抗氧化酶系统在凤眼莲和大薸缓解较低质量浓度铀胁迫所引起的膜脂过氧化中发挥了重要作用;凤眼莲对铀的耐受能力要强于大薸;高质量浓度（20 mg/L和50 mg/L）铀处理下,凤眼莲和大薸抗氧化酶活性受到抑制;作为渗透调节物质,二者游离脯氨酸质量比均高于对照。

重金属胁迫下大薸根际微生物的变化

为了研究重金属对大薸根际微生物区系及氮循环细菌生理类群的影响,采用水培养方法,用4种重金属离子(Hg2+、Pb2+、Cd2+和Cr6+),在不同浓度下对大薸进行胁迫培养。结果表明,Hg2+、Pb2+、Cd2+和Cr6+对大薸根际微生物的影响,随微生物区系或生理类群和重金属的胁迫浓度不同而不同,Hg2+对放线菌、细菌、真菌的毒性最强,Pb2+次之。3类微生物对4种重金属的敏感性表现为放线菌>细菌>真菌。在4种不同重金属和不同浓度胁迫下,氨化细菌、硝化细菌、亚硝化细菌和反硝化细菌的变化有一定差异。

大薸对网箱养殖长吻鮠生长及氮、磷排放的影响

为降低网箱养鱼对水体的污染,探求环保型生态网箱,以体质量为(217.86±36.01)g的长吻鮠Leiocassis longirostris幼鱼和大薸Pistia stratiotes L.为研究对象,对生态网箱与传统网箱中氮(N)、磷(P)的输入和回收情况进行了比较试验。结果表明:生态网箱和传统网箱中N的回收率分别为47.80%和44.36%,两组网箱间无显著差异(P>0.05),生态网箱和传统网箱中P的回收率分别为35.01%和32.53%,两组网箱间差异显著(P<0.05);生态网箱和传统网箱中N的利用率分别为26.87%、25.37%,P的利用率分别为15.82%、15.55%,生态网箱中N、P的利用率略高于传统网箱,但两组网箱间均无显著差异(P>0.05);试验期间生态网箱内大薸共有3次收割,收获总质量为189.5 kg,大薸净增重为154.25 kg,对水中N、P的移除量分别为257.32 g和67.08 g。通过计算大薸对水中N、P的移除量以及网箱养殖长吻鮠N、P的输入和输出总量,从理论上得出网箱面积与大薸栽培面积比为1∶32～35时,可实现网箱养殖长吻鮠N、P的零排放。

水葫芦和大薸对垃圾渗滤液净化能力的研究

在静态水培试验条件下,对不同浓度垃圾渗滤液条件下水葫芦和大薸的生长状况及其净化效果进行研究。结果表明:在高浓度(COD 3546.7mg.L-1、NH3-N 527.5mg.L-1、TP 8.02mg.L-1)垃圾渗滤液条件下(HCL)水葫芦和大漂全部被毒害致死,在中浓度(COD 1233.3mg.L-1、NH3-N 182.9mg.L-1、TP2.83mg.L-1)垃圾渗滤液条件下(MCL)生长状况差,生物量急剧减少。在低浓度(COD 660.0mg.L-1、NH3-N 99.7mg.L-1、TP 1.59mg.L-1)垃圾渗滤液条件下(LCL)能够正常生长,且对低浓度垃圾渗滤液有较好的净化效果。24d后水葫芦对COD、NH3-N和TP的去除率分别为85.9%,99.8%和84.8%,大薸对COD、NH3-N和TP的去除率分别为89.4%,99.1%和71.7%。试验结束后,COD与NH3-N浓度均达到《生活垃圾填埋场污染控制标准(GB16889-2008)》排放标准,TP达到《地表水环境质量标准(GB 3838-2002)》Ⅳ类排放标准。

基于MaxEnt和ArcGIS预测大薸在云南的潜在适生区

【目的】明确外来入侵植物大薸在云南的潜在适生区,为大薸的防控提供理论依据。【方法】采用最大熵生态位模型(MaxEnt)与地理信息系统(ArcGIS),结合大薸的地理分布数据、7个环境因子及4个地形因子,对其在云南的潜在分布和适生区等级进行预测。通过受试者工作特征(ROC)曲线方法进行验证,运用刀切法分析影响大薸分布的环境变量。【结果】大薸在云南省的适生区面积约13.56万km^2,其中以滇中及滇南地区为主;生境主要为营养富集的水域、沼泽、沟渠和水田等。ROC曲线法得到AUC值为0.907,表明预测结果可靠。刀切法分析显示:影响大薸分布的主要环境因子为最冷季度平均温度、海拔和土地利用类型。【结论】大薸在云南的潜在适生区面积较大,占云南国土面积的30%以上。

水生植物大薸和凤眼莲对水中铀的去除

通过室内水培和静态吸附实验,研究了铀矿区土著水生植物大薸(Pistia stratiotes L.)和凤眼莲(Eichhornia crassipes)对真实铀矿坑水和不同铀浓度水中铀的去除能力。结果表明:干体大薸和凤眼莲根系以1g/L(干重)的比例投加至铀矿坑水(ρ0(U)=1.93mg/L,pH0=7.83)中,1h后,矿坑水中铀去除率分别达58%和48%,5d后铀质量浓度降至0.3mg/L以下;活体大薸和凤眼莲对水体中铀的去除作用主要集中在第1d内,单株鲜重约为400g左右的活体大薸在10min内可以将1Lρ0(U)=0.045~4.5mg/L的水体中铀质量浓度降至30μg/L以下,符合世界卫生组织建议的饮用水标准;单株鲜重约为400g左右的活体凤眼莲在1d内可以将1Lρ0(U)=0.5~4.5mg/L的水体中铀质量浓度降至国家标准(GB 23727—2009)规定值(0.05mg/L)以下。

非离子型表面活性剂AE对大薸损伤程度的酶学诊断

以超氧化物歧化酶 (SOD)、过氧化氢酶 (CAT)和过氧化物酶 (POD)的比活力变化作为观测指标 ,进行了脂肪醇聚氧乙烯醚 (AE)对大薸 (PistiastratiotesL .)损伤程度的酶学诊断 .结果表明 :在 17℃下 ,ρ(AE) 0 .1mg L的AE对大薸的伤害程度极微 ;ρ(AE)为 1.0、10 .0mg L时 ,大薸受到较大的伤害 ,但能逐渐恢复正常生理活动 ;ρ(AE)为 2 0 .0、5 0 .0mg L时 ,由于伤害程度大 ,超出了酶的修复能力 ,组织逐渐坏死 .同时推测 :在AE污染下 ,大薸的POD是起保护作用的主导酶 .图 3表 1参

光照强度和初始放养密度对大薸生长的影响

在网箱内栽培大薸,研究了不同光照强度(55 535、13 328、2 220 lx)和初始放养密度(0.5、1.0、1.5、2.0 kg/m2)对大薸的株高、根长、叶片数、叶面积、分株速率和生物量的影响。结果显示:55 535 lx的光照有利于大薸的生长,在此光照条件下,大薸的株高、根长、叶面积、分株速率和生物量均显著高于其他两种光照情况;大薸的株高、根长、叶片数、叶面积、分株速率和生物量的大小随着光照强度的增强而增加。大薸在密度为2.3 kg/m2左右时,生长速度最快;密度达到5.6 kg/m2左右后,生物量几乎不再继续增加。试验表明,55 535 lx的光照有利于大薸的生长,大薸的适宜栽培密度为2.3 kg/m2,5.6 kg/m2可能是大薸生长的上限密度。

稻田除草剂水体残留对水生植物大薸的影响

采用模拟方法研究了稻田3种常用除草剂丁草胺、苄嘧磺隆、2甲4氯钠残留水体对大薸生长的影响。结果显示:(1)3种除草剂水体残留对大薸植株形态影响以苄嘧磺隆处理最为明显,残留浓度大于0.01 mg/L可导致大薸植株大量死亡。4.25 mg/L的丁草胺和3.36 mg/L的2甲4氯钠残留对大薸的生长均有一定的抑制作用,但短期内不能致死。当水体除草剂残留降低至田间常规管理施用浓度的1/8时,即丁草胺0.53 mg/L、苄嘧磺隆0.01 mg/L、2甲4氯钠0.42 mg/L,大薸植株形态的药害影响已经明显减轻。(2)苄嘧磺隆水体残留大于0.01 mg/L时大薸干物质产量显著降低,分株生长受到严重抑制。丁草胺残留浓度为0.53 mg/L时促进大薸干物质积累和分株生长,当残留浓度大于1.06 mg/L时大薸干物质积累和分株生长受到抑制。2甲4氯钠残留浓度低于3.36 mg/L对大薸的干物质产量、分株数及植株含水率影响一般。

大薸和海芋对池塘水净化作用研究

研究了大薸和海芋对池塘水中氨氮(NH3-N)和化学需氧量(CODCr)的去除作用。结果显示,两种植物对NH3-N均有明显的去除效果。曝气条件下,处理3d后,NH3-N的去除率分别达99.19%和99.11%,净去除率分别为70.51%和70.44%。非曝气条件下,两种植物对NH3-N的去除率也很高。经大薸处理4d后,NH3-N的去除率达98.71%,净去除率为79.09%;经海芋处理5d后,NH3-N的去除率达99.21%,净去除率为71.85%。大薸和海芋对CODCr也有较好的去除效果。曝气条件下,大薸和海芋对CODCr的去除率分别达88.65%和82.98%;非曝气条件下,去除率分别达73.29%和73.30%。由此可见,大薸和海芋作为水体污染修复植物具有良好的应用前景。

大薸对练江水体重金属的去除和富集特征研究

研究大薸在pH=5.0和7.0,N/P为201、161、121条件下,对练江水体中重金属的去除效果和富集能力。结果表明不同N/P,大薸对5种离子的最大去除率顺序为Zn>As>Cu>Hg>Pb(pH=5.0)、Hg>Zn>As>Pb>Cu(pH=7.0)。pH=5.0,对Zn、As选择性较强,最佳净化周期15 d左右,N/P=121去除效果最佳;pH=7.0,对Hg的选择性较强,最佳净化周期为8 d左右,N/P=161和121去除效果最佳。不同条件下,大薸对5种离子最大富集系数均远大于1,说明大薸是一种可能有潜力用于练江水体修复的耐性植物。