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.

The effects of two free-floating plants (Eichhornia crassipes and Pistia stratiotes) on the burrow morphology and water quality characteristics of pond loach (Misgurnus anguillicaudatus) habitat

Loach exhibit conspicuous drilling behaviors in the mud of shallow waters,yet their burrow morphology and the factors affecting this behavior have received little attention.We characterized the burrow morphology and water quality of the pond loach Misgurnus anguillicaudatus in three scenarios:in tanks without plants,tanks with the free-floating plant water hyacinth Eichhornia crassipes,and tanks with water lettuce Pistia stratiotes.Water hyacinth effectively removed water TN,COD,NO3-N and NH4-N,and water lettuce removed water TP and NH4-N.Water hyacinth and water lettuce markedly reduced water turbidity and DO,increased TOC and EC.Water hyacinth purified water more effectively than water lettuce,providing a suitable habitat for loach feeding,living and burrowing.The burrow structures were V-shaped,Y-shaped,inverted L-shaped,or complicated dendritic networks composed of multiple V shapes.The hyacinth treatment was characterized by the greatest burrow volume,length,depth,and structural complexity,but the opening size was reduced by dense root mat coverage.Burrows in the water lettuce treatment were characterized by intermediate volume,length,branches and sinuosity,but they had the largest opening and pit size.The control treatment had a flat bottom with the smallest,shortest burrows.This study indicates that free-floating plants improve habitat suitability and change burrow morphology and may be used to improve loach breeding methods。

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。

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。

水浮莲对铜污染水体的修复试验

以水浮莲(Pistia stratiotesL.)为试验材料,采用水培方法,对在不同Cu2+质量浓度和不同pH值条件下,水浮莲对Cu2+的吸收和积累特性以及Cu2+质量浓度、pH值对水浮莲吸收Cu2+的影响进行了研究.结果表明,水浮莲对低铜污染水体有良好的修复效果,在Cu2+质量浓度为2.00、4.00、6.00和8.00 mg/L时水浮莲对铜的总去除率分别为88.50%、90%、50%、78.00%和74.63%;在Cu2+质量浓度为4 mg/L、pH值为5.0、6.0、7.0时,水浮莲对铜的总去除率分别为76.50%,87.25%和83.00%.水浮莲对铜的修复主要依靠根的吸收和累积,其根部对Cu2+的积累量远高于茎叶部分的积累量.

Cd胁迫对水浮莲中Cd积累和生理特征的影响

考察了不同浓度[0(对照组)、0.25、0.50、1.50、2.50、5.00和10.00 mg/L]镉(Cd)对水浮莲(Pistia stratiotes L.)植株的生长和Cd积累的影响,同时分析了矿物质元素、叶绿素含量和超氧化物歧化酶(SOD)活性的变化情况。结果表明,经过31 d的培养,水浮莲的生长率与Cd的胁迫浓度呈极显著负相关(P<0.01,n=21),而含水率无显著差异(P>0.05,n=21)。Cd主要积累于水浮莲的根部,且地上部分和根部的Cd含量与Cd的胁迫浓度均呈极显著正相关(P<0.01,n=21)。此外,Cd胁迫促进了水浮莲对Cu、Zn、Mg和Fe的吸收,但是抑制了其对Ca的吸收,并且还抑制了水浮莲叶绿素的合成,降低了超氧化物歧化酶(SOD)的活性。与对照组相比,当Cd的胁迫浓度≥0.50 mg/L时,叶绿素a和b的含量均显著降低(P<0.05),当Cd的胁迫浓度≥1.50 mg/L,超氧化物歧化酶活性显著降低(P<0.05)。

两种漂浮植物的生长特性及其水质净化作用

采用自主研发的漂浮水槽,对两种常用于水体净化与修复的漂浮植物(凤眼莲和水浮莲)在水质净化效果和生长特征等进行了比较研究.结果表明,水浮莲对水体氮磷浓度有更高的要求,对水体中浮游藻类和叶绿素a去除率分别高达94.38%和95.06%,优于凤眼莲;凤眼莲对水体TN的去除率(82.08%)以及其叶片净光合速率(20.28~27.90μmol CO_2/(m^2·s))和叶绿素a含量(1.05~1.08mg/g鲜重)均显著高于水浮莲(分别为71.82%、8.64~16.50μmol CO_2/(m^2·s)和0.25~0.31mg/g鲜重)(P<0.05).与凤眼莲共存情况下,水浮莲有更强的扩繁能力,但后者在实际工程应用中更具逃逸风险.为使两种漂浮植物的优势得到充分发挥,我们提出了基于这两种水生植物水体净化的"三明治"模式,为今后选用水生植物进行水体净化与修复的工程实践提供借鉴.

3种水生漂浮植物处理富营养化水体的研究

对紫萍、大和凤眼莲3种水生漂浮植物处理富营养化水体的研究结果表明,3种漂浮植物对去除富营养化水体中的全N和全P、增加水体中的溶解氧有明显效果,且能有效抑制藻类生长,处理效果大>凤眼莲>紫萍。大和凤眼莲均具有较强的环境适应能力,但大生长繁殖较易控制,且对富营养化水体治理效果佳和改善水质,有综合利用价值。

LAS和AE对水生植物损伤的显微和亚显微结构观察

利用透射电镜研究了阴离子型表面活性剂LAS和非离子型表面活性剂AE对水生植物水绵、水浮莲的损伤作用.观察发现,在LAS处理液中,水绵细胞壁外层被溶解而消失,载色体的规则螺旋缠绕结构被打乱,集结成团.细胞膜与细胞壁部分分离.水浮莲细胞出现质壁分离,细胞膜部分解体,细胞质中有许多空腔,液泡增大,叶绿体变形;在AE处理液中,水绵细胞壁外层被溶解,细胞膜消失,载色体和造粉核解体,分散于整个由细胞壁内层构成的空腔中.水浮莲细胞膜部分解体,染色质浓缩,核膜逐渐解体,叶绿体和线粒体解体,液泡消失,被细胞质充填.可以推断:LAS和AE对水生植物损伤的机理不同,AE以溶解为主,LAS则除溶解外,所带电荷引起蛋白质构象改变也是主要因素之一.

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。

植物对再生水回用于景观湖泊的水质调控能力研究

基于水生植物具有减缓和抑制水体富营养化、净化水质的作用,通过调控水生植物生物量,研究再生水回用于景观湖泊中水质恶化风险控制方法.结果表明,在直接回用再生水的景观湖泊中,随植物覆盖率由0增长到80%,水生植物能够降低94%的水体感官性污染,抑制92%的藻类滋生,实现92%NH3-N和近70%TP的有效去除,延长2倍水体水质稳定时间.此外,综合比较景观湖泊经济及景观价值,55%植物覆盖率能有效降低水体富营养化风险,是一种再生水回用于景观湖泊植物调控水质的有效布设方式.

3种水生植物对富营养化水体的净化作用研究

以紫叶酢浆草(Oxalis triangularis)、凤眼莲(Eichhornia crassipes)和大漂(Pistia stratiotes)为试验对象,研究了其生长状况及对3种不同富营养化水体的净化效果,分析了3种水生植物对水体中总磷、总氮和氨氮的吸附能力。结果表明,3种水生植物在富营养化水体中可以正常生长。大漂对3种不同富营养化程度水体的总磷吸收率分别为93.58%、97.72%和96.65%,紫叶酢浆草为89.57%、83.76%和86.54%,凤眼莲为90.11%、85.07%和91.46%;大漂对水体中总氮的吸收率分别为89.05%、90.18%和73.50%,紫叶酢浆草为68.32%、59.73%和72.90%,凤眼莲为68.45%、71.49%和71.53%;大漂对氨氮的吸收率为85.80%、91.48%和88.60%,紫叶酢浆草为77.51%、72.07%和89.68%,凤眼莲为68.84%、90.90%和90.88%。试验表明,3种水生植物均能显著改善富营养化水体的水质。各项指标综合分析可见,大漂对富营养化水体的净化效果最为明显,凤眼莲次之。

两种土著水生植物对铀矿坑水的修复能力研究

通过野外采样、室内分析和水培实验,研究了某废弃铀矿坑水中的土著水生植物大薸（Pistia stratiotes L.）和凤眼莲（Eichhornia crassipes）对铀矿坑水的原位修复能力。野外采样分析结果表明,大薸和凤眼莲对废弃铀矿坑水中的铀有极强的富集能力。废弃铀矿坑水中铀浓度在0.4~0.6mg/L之间,高出国家排放标准（GB 23727—2009）规定值（0.05mg/L）的10倍左右。废弃铀矿坑水中土著水生植物大薸和凤眼莲根系平均铀含量分别为1 015.40mg/kg（干重）和504.87mg/kg（干重）;富集系数分别为2 071和1 001。水培实验结果表明,大薸对铀矿坑水中铀的去除能力与植物生长期、生物量和覆盖水体面积呈正相关。生长后期（单株生物量鲜重≥100g）的大薸、凤眼莲,投加量为100g/L时,10d可将铀矿坑水中铀浓度由1.93mg/L降至0.03mg/L以下,去除率达到98%以上。SEM-EDS结果表明,大薸和凤眼莲在酸性条件下与水体中的铀结晶矿化,生成纳米片状晶体堆簇在根系表面;在碱性条件下（接近废弃铀矿坑水的pH值时）,未出现类似矿化结晶体。表明大薸和凤眼莲对于不同酸度的铀废水体系有不同的修复机理。

光合细菌和水浮莲在河南农村猪场污水中的应用

利用在信阳农村养猪场中的2个3.3 m深的污水氧化塘进行光合细菌和水浮莲净化污水的研究。1#氧化塘加入8×10^8mL^-1光合细菌50 L,2#氧化塘加入水浮莲（100株.m^-2）。为期1 a的试验结果表明：经光合细菌和水浮莲的共同作用,总磷下降了41.8%-76.0%,总氮下降了61.8%-81.0%,COD下降了66.8%-79.1%,BOD5下降了64.8%-82.3%。显示光合细菌和水浮莲能够明显改善养猪场污水水质。