重污染底泥对苦草(Vallisneria natans)和黑藻(Hydrilla verticillata)繁殖体萌发及幼苗生长的影响

为探究重污染底泥对沉水植物繁殖体萌发和幼苗生长影响,以苦草(Vallisneria natans)种子和黑藻(Hydrilla verticillata)冬芽为研究对象,以轻污染底泥为对照组,通过室内模拟实验研究了重污染底泥对两种繁殖体萌发和幼苗生长、生理特性的影响。实验结果表明,与轻污染底泥相比,重污染底泥对苦草种子萌发和幼苗生长无显著影响。黑藻冬芽萌发和幼苗地上部生物量在两组间没有显著差异,但重污染底泥组幼苗的地下部生物量显著高于轻污染底泥组,其地上部和地下部生物量比值由7.06±0.38下降至2.97±0.08。此外,苦草和黑藻幼苗受到重污染底泥胁迫表现出不同的生理响应。苦草幼苗叶片的类胡萝卜素含量显著减少,可溶性糖和蛋白含量分别降低11.56%、24.10%,根系活力也明显受到抑制,仅为(34.93±3.28)mg/(g·h);黑藻幼苗生理响应与苦草略有不同,其叶片的叶绿素a、b含量显著增加,根系活力降低44.29%,可溶性糖和蛋白含量在轻污染组和重污染组之间无显著差异。由此可见,重污染底泥对苦草种子和黑藻冬芽的萌发影响不显著,但会明显影响幼苗的生长发育和生理特性,研究结果为底泥重污染的富营养化湖泊利用繁殖体恢复沉水植物提供一定的科学依据。

浊度对苦草(Vallisneria natans)幼苗生长的影响

用粒径小于100μm的泥沙分别配置浊度为30、60和90NTU的浑浊水体,将苦草(Vallisneria natans)幼苗种植于上述水体中,测定幼苗的叶片长和叶片数,并利用水下饱和脉冲荧光仪(DIVING-PAM)测定幼苗的光合荧光特性,研究在不同浊度水体中水下光强对苦草幼苗生长的影响。结果表明,随着处理时间的延长和水体浊度的增大,苦草幼苗生长受到明显的影响。第30天时,在60和90NTU水体中,水下光强不足自然光强的4.5%,幼苗叶片出现发黄、折断现象,相对电子传递速率和饱和光强显著降低,非光化学淬灭系数显著升高,表明幼苗光合作用受到明显抑制。在对照水体中,水下的光强为水面光强的43.3%以上,苦草幼苗也受到抑制;而在水下光强≥7.1%的30NTU水体中,苦草幼苗有较高的光能利用率,幼苗生长较好。这表明苦草幼苗有一定的低光适应能力,光强范围大约是7.1%～43.3%,为在浑浊水体中恢复、重建苦草种群提供了一定的实验依据。

碳酸氢根缓解高营养负荷下苦草(Vallisneria natans)胁迫的作用

富营养化湖泊沉水植物严重退化,可溶性无机碳DIC(Dissolved Inorganic Carbon)缺少是一个重要因素。本实验选择碳酸氢根形态DIC(HCO3--DIC)对苦草进行处理,设计了不同的HCO3--DIC添加量(0、10、20mg·L-1)和营养水平N、P(N0.96、1.92、2.88、3.84mg·L-1,NH4+-N:NO3--N=1:3,N:P=27)的交叉实验,研究不同营养水平下HCO3--DIC对苦草(Vallisneria natans)的生理生态影响。实验证明,苦草幼苗在生长过程中可以不断吸收水体中的DIC,经15d培养,培养液中DIC从16.91mg·L-1下降到6.27mg·L-1。21d的实验结果显示,相同营养条件下高质量浓度HCO3--DIC组苦草相对生长率RGR(Relative Growth Rate)高于其他组;无外加HCO3--DIC组过氧化物酶POD(peroxidase)活性随营养水平增加,从2.01U·mg-1增至4.03U·mg-1,相同营养水平下POD活性随HCO3--DIC增加而降低,说明水体营养水平的增高加剧了对苦草生长的胁迫,而HCO3--DIC大大减少和缓解了这种胁迫作用;中营养条件下,较低水平的HCO3--DIC质量浓度已经满足苦草叶绿素合成,而在重富营养时较高质量浓度的HCO3--DIC可以促进苦草叶绿素合成,缓解营养胁迫的黄化效应。研究揭示,水体HCO3--DIC增加可以缓解富营养化对沉水植物的胁迫作用。

苦草(Vallisneria spiralis)释放的酚酸类物质对铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)的化感作用

采用广谱性固相萃取小柱富集以10 g(FW)/L的密度培养三天后的苦草(Vallisneria spiralis)种植水,不同溶剂洗脱得到的各组分对铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)的生长表现出不同程度的抑制,其中甲醇洗脱组分抑藻活性最强.去除该组分中的酚酸后,其抑藻活性下降了22.8%,表明酚酸参与到苦草的化感抑藻作用中.甲醇组分通过液液萃取进一步分离,得到的乙酸乙酯组分进行GC-MS分析,从中检测到苯甲酸、对羟基苯甲酸、对羟基苯乙酸、邻苯二甲酸、对羟基苯丙酸、香草酸、原儿茶酸、阿魏酸和咖啡酸等九种酚酸.酚酸抑藻测试的结果显示其抑藻活性与本身的结构有关,不同酚酸以毒性效应比例多维混合表现出加和抑藻效应,且随着混合种数的增多,酚酸的加和效应增强.以上结果显示苦草可以释放酚酸,抑制铜绿微囊藻的生长,多种化感物质的联合作用可能是水生态系统中沉水植物抑制蓝藻生长的一个重要机制.

洱海苦草(Vallisneria natans)水深分布和叶片C、N、P化学计量学对不同水深的响应

湖泊水深是影响沉水植物生长、繁殖与分布的重要环境因子，水深增加改变了水下光照、风浪和底泥特性等，因而可能导致沉水植物的生理生化指标发生相应变化．本研究通过对云南洱海沉水植物苦草（Vallisneria natans）随水深分布的情况进行调查，并分析了定植于不同水深的苦草叶片碳（C）、氮（N）和磷（P）含量及其比率，以阐明水深变化对苦草叶片生态化学计量学的影响．结果表明洱海苦草定植的水深范围为0．5～5．6m，在1．5～2．4m处达到最大频度，在2．5～3．4m处达到最大相对生物量，这表明苦草在洱海中的最适生长深度在1．5～3．4m范围内；苦草叶片C、N和P含量平均值分别为356．10、26．13和3．54mg／g，C：N、C：P和N：P的平均值分别为14．38、113．46和7．85；苦草叶片C含量、C：N和C：P均随水深增加而降低，N和P含量则随水深增加而升高，N：P在0．5～1．4m较高，其余水深梯度之间则没有显著差异．总体上，苦草叶片C、N、P含量及其化学计量特征显著地受到了湖泊水深的影响．另外，本研究还发现水深的增加使得苦草叶片N、P含量发生聚敛，这导致其N、P之间的耦合性变弱．

四环素对苦草(Vallisneria natans)生长及细胞超微结构的影响

通过静态模拟实验,研究了不同浓度的四环素对苦草生理生长以及苦草叶片中叶绿素含量的影响.结果表明,四环素能有效地降低苦草中叶绿素的含量,抑制苦草的生长,20mg·l-1四环素处理组的生长率只有对照处理的35%,叶绿素a和叶绿素b的含量只有对照组的31%和23%,水体中四环素达到4mg·l-1水平时,便可明显影响苦草的生理生长.透射电镜分析表明,20mg·l-1四环素暴露时,苦草叶片细胞中的线粒体和叶绿体出现质壁分离,叶绿体层间结构紊乱等症状,从而影响了苦草细胞的结构功能,导致了对苦草的毒性效应.在四环素暴露组中加入可溶性有机质(DOM)能有效地降低四环素的毒性,4mg·l-1四环素暴露组中加入的1mg·l-1DOM便可使苦草的生理生长恢复至对照水平.

沉水植物苦草(Vallisneria natans)对沉积物中磷赋存形态的影响

湖泊富营养化是世界面临的重大环境问题,磷在沉积物-水界面的循环在富营养化过程中起关键作用,因此,研究沉水植物对沉积物-水界面磷循环的作用及其机理具重要的理论和实践意义.本实验通过在水泥池中(4.0 m×7.0 m×1.5 m)种植苦草(Vallisneria natans),并采用定期更换原位上覆水的方式模拟自然状态下的水体交换,研究了沉水植物苦草从定植到生长末期沉积物中不同形态磷含量的变化,以期揭示期间苦草对沉积物中磷赋存形态的影响.结果表明,本实验条件下苦草经历了两个生长阶段,在约1个月的快速生长期内能显著降低沉积物中的总磷(TP)含量,TP含量降低了78.79 mg/kg,其中有机磷(Org-P)含量降低49.99 mg/kg,对TP降低的贡献度为62.67%,而钙结合态磷(Ca-P)比对照组减少2.20%,因此,苦草可能主要通过促进Org-P的矿化向水柱和间隙水中释放磷的方式降低沉积物中TP含量,其次苦草可促进Ca-P的分解;此外,苦草为满足植株生长,所吸收的沉积物铁结合态磷(Fe-P)和铝结合态磷(Al-P)分别为2.99和4.10 mg/kg,但苦草对沉积物中闭蓄态磷(Oc-P)含量没有显著影响.在缓慢生长阶段,苦草促进有机物的沉降以及Fe-P和Oc-P的形成,Fe-P和Oc-P含量分别增加14.82和101.53 mg/kg.苦草对Al-P的形成也略有促进作用,其含量升高7.39%.研究结果表明,苦草在不同生长阶段对沉积物中磷形态的转化以及各形态磷的迁移方向具有不同的影响.在快速生长期苦草转化吸收高活性磷,将其固定到植株体内;缓慢生长阶段则促进水体中的磷转化成沉积物中难分解态的磷,对磷的沉降表现出积极促进作用.

光照和黑暗条件下苦草(Vallisneria natans)和穗花狐尾藻(Myriophyllum spicatum)对铵态氮的吸收

在室内模拟实验中,研究了光照(50μmol/(m2.s))和黑暗条件下苦草(Vallisneria natans)和穗花狐尾藻(Myrio-phyllum spicatum)对铵态氮(NH4+-N)的吸收速率与去除效果.结果表明,随着外源铵态氮浓度(0,0.01,0.1,1和10 mg/LNH4+-N)的增加,苦草和穗花狐尾藻对铵态氮的吸收速率都是先增加后又逐渐降低,在外源铵态氮浓度为1 mg/L时吸收速率达到最大.同种植物在光照条件下对铵态氮的吸收率不低于黑暗条件下的吸收率;相同光强条件下穗花狐尾藻对铵态氮的吸收率不低于苦草的吸收率.在黑暗条件下,在外源铵态氮浓度为1 mg/L时,穗花狐尾藻对铵的吸收速率是苦草的2.42倍;在光照条件下,在外源铵态氮浓度为1和10 mg/L时,穗花狐尾藻对铵态氮的吸收速率分别是苦草的2.47和1.79倍.因此,在富营养湖泊治理过程中,在沉水植物可耐受铵态氮浓度范围内,可以优先考虑把穗花狐尾藻作为植物修复的先锋物种.

苦草(Vallisneria natans)衰亡对水-沉积物之间磷迁移的影响

采用沉水植物苦草(Vallisneria natans)为研究对象,在其衰亡期测定群落内、外上覆水及沉积物各形态磷的含量,以探究沉水植物在其衰亡期对上覆水和沉积物中各形态磷的影响.结果表明:苦草衰亡过程中上覆水中总磷、可溶性总磷、溶解性活性磷、颗粒磷、可溶性有机磷浓度的变化相对平稳,与对照组相比无显著差异;沉积物中各形态磷含量均呈小幅度上升趋势,在实验结束时,苦草组沉积物中总磷含量为719.27 mg/kg,和初始值比增加了14.68 mg/kg,无机磷和有机磷含量分别增加了12.06和2.20 mg/kg,氢氧化钠提取磷和盐酸提取磷含量分别增加了7.05和4.29 mg/kg.总体来看,沉水植物苦草在其衰亡过程中分解速率较慢,对水-沉积物之间各形态磷含量无显著影响.

水体的营养水平对苦草(Vallisneria atans)生长的影响

在室外控制条件下,以太湖梅梁湾水体现状营养水平(ρ(TN)为5 mg/L和ρ(TP)为0.2 mg/L)为依据,研究营养盐含量升高对苦草生长的影响.结果表明:①在满足光补偿点及无种间竞争等的条件下,苦草在营养水平为ρ(TN)>10 mg/L和ρ(TP)>0.4 mg/L的水中也能成活.②随着营养盐含量的升高,苦草生物量的增长率逐渐降低,当水中ρ(TN)达到10 mg/L和ρ(TP)达到0.4 mg/L时,苦草的生物量开始减少;营养盐含量升高对苦草叶片特征的影响不明显,而苦草根状茎的生物量却随着营养盐含量的升高而逐渐减少,当水体营养水平达到ρ(TN)为10 mg/L和ρ(TP)为0.4 mg/L时,除叶片长度外,苦草的其他形态指标值均显著下降.③在梅梁湾水体现状营养水平的基础上,当水中磷含量增加1倍时对苦草生长造成的抑制作用大于氮含量增加1倍时;当二者均增加时,对植物生长造成的抑制作用显著增加.

中等实验规模下不同营养环境对苦草(Vallisneria natans)生长的影响

本实验分别选用武汉东湖中营养和富营养湖区的湖水和底泥,并在水柱中添加氮或磷以设置高营养、中营养、中营养添加磷、中营养添加氮等四种营养环境.测定这四种营养条件下栽培苦草(Vallisneria natans)的生长和生化指标变化,探讨不同营养环境对苦草生长的影响机制.实验结果表明,苦草的生物量、叶数和新芽数等生长指标在中营养环境最高,中营养环境添加磷次之,中营养环境添加氮较低,在高营养环境最低;苦草可溶性糖和游离氨基酸含量在高营养环境中最高,在中营养环境、中营养环境添加磷和中营养环境添加氮等处理间没有明显差异.结果分析表明,高营养环境影响苦草的碳氮代谢水平并抑制苦草生长,这可能是由于苦草过量富集高营养环境中的氮素造成的;中营养环境中氮的升高会在一定程度上抑制苦草的生长,而磷的升高对苦草生长没有明显抑制作用.

水深梯度对苦草(Vallisneria natans)光合荧光特性的影响

为研究水深梯度对苦草(Vallisneria natans)光合荧光特性的影响,实验设置0.6、1.3、2.0 m 3个水深条件,利用水下饱和脉冲荧光仪测定3种水深处理下苦草叶片的荧光参数和快速光响应曲线.结果表明:(1)随着水深增加,无性系分株数、叶片数、根系总长度、根系表面积等形态指标显著降低,而最大叶长、平均叶长、最大叶宽没有显著变化,2.0 m处苦草生长受到抑制;(2)不同水深对苦草叶片初始荧光F0和最大荧光Fm没有显著影响,而最大量子产率Fv/Fm和荧光参数Fv/F0随着水深增加显著增加,叶片光合系统Ⅱ光化学效率亦显著提高;(3)0.6 m处苦草的相对电子传递速率显著低于2.0 m处;(4)通过拟合光响应曲线所得的光响应曲线初始斜率、光抑制参数、最大电子传递速率以及半饱和光强在不同的水深处理间均差异显著;(5)2.0 m处苦草叶片的叶绿素a(Chl.a)、叶绿素b(Chl.b)、类胡萝卜素(Car)以及Chl.a+Chl.b含量均显著高于0.6 m处,而Chl.a/Chl.b和Car/Chl.a的差异则不显著.综上所述,0.6 m处苦草的光合能力较弱、保护机制强,而2.0 m则相反,从而说明苦草通过调节自身光合生理来适应不同水深环境.

磺胺对苦草(Vallisneria natans (Lour.) Hara)生理生长及细胞超微结构的影响

以沉水植物苦草为试验材料,通过实验室水培试验,经过不同浓度磺胺(0.01,0.02,0.05,0.08,0.1mg·L^(-1))处理,研究不同浓度磺胺污染对苦草(Vallisneria natans)叶片生理生长及丙二醛(MDA)、可溶性糖(SS)、叶绿素含量、叶绿素a和b含量比值(c_a/c_b)等的影响.结果显示:(1)随着外源磺胺浓度增加,苦草相对生长率降低,叶片叶绿素a和叶绿素b含量呈降低趋势,叶绿素a含量下降速度大于叶绿素b;c_a/c_b先增大后减小.(2)磺胺胁迫下叶片的丙二醛含量与对照组相比变化显著,MDA和SS含量呈先上升后下降的趋势,总体呈上升趋势.(3)透射电镜观察发现,磺胺胁迫使苦草叶细胞中叶绿体被膜破裂至消失,类囊体膨胀、破损;叶细胞中类囊体呈现出分布不均、出现空腔等.当磺胺浓度为0.01m·L^(-1)时,苦草叶片外观形态结构未表现出受害症状,而叶绿体亚显微结构显示,类囊体开始出现轻微的分布不均现象;当营养液中磺胺浓度为0.02mg·L^(-1)时,叶片出现褐色斑点,叶片边缘呈现枯黄至坏死症状,叶绿体超微结构显示类囊体膨胀、变形至空洞现象,线粒体和叶绿体的距离减小至消失.研究结果表明,磺胺胁迫导致苦草叶生理代谢失衡,叶绿素含量下降,叶片亚细胞结构出现不可逆损伤,期望该结果为研究磺胺污染的作用机制及苦草在抗生素污染修复中的应用提供一定的参考.

中国苦草属(Vallisneria)植物命名考及区分要点

由于苦草属(Vallisneria L.)植物的繁殖器官微小,营养器官相似且变异较大,使该属植物的鉴定和命名较混乱。笔者通过对有关文献的考证和长期跟踪观察,对我国记载的苦草属3种植物——苦草(Vallisneria natans (Lour.) Hara)、刺苦草(V. spinulosa Yan)、密刺苦草(V. denseserrulata Makino)的命名历史进行了梳理,并对这3种植物的形态特征进行了详细描述。根据种间形态差异,可为苦草属植物的分类鉴定和相关研究提供一定的参考。

臭氧氧化猪场处理尾水对苦草(Vallisneria spiralis)抗氧化系统的影响

为了探索臭氧氧化技术应用于畜禽养殖废水排放前的预处理对环境可持续发展的影响,用不同浓度臭氧氧化处理经生化工艺处理后的猪场尾水,以苦草为试验材料,从活性氧代谢和抗氧化系统的角度,探讨了沉水植物在臭氧氧化猪场处理尾水中的适应性以及臭氧氧化技术的应用对水生植物的影响。结果表明:与未经臭氧氧化处理相比,臭氧氧化后(AO1 10 mg·L^(-1)、AO2 30 mg·L^(-1)、AO3 50 mg·L^(-1))猪场处理尾水中苦草的过氧化氢(H_2O_2)含量有升高趋势;AO2处理中苦草的抗坏血酸(AsA)-谷胱甘肽(GSH)循环对H_2O_2调节起重要作用,苦草的抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性、AsA和GSH含量增加,从而使生物量增加;AO3处理中苦草AsA含量降低,H_2O_2与抗氧化物质之间没有达到平衡,从而使生物量降低。结果显示,试验条件下,30 mg·L^(-1)的臭氧氧化应用于猪场处理尾水,能增强沉水植物的抗氧化系统,促进生长,从而对水生生态系统有调节作用。

外源氮磷负荷比增加对刺苦草(Vallisneria spinulosa)生长的影响

磷(P)是水生态系统生产力的限制因子,因此,在水体富营养化治理的过程中,许多地方采取了有效的措施控制流域P的排放;但氮(N)来源复杂,难以有效控制,导致湖泊外源的N∶P负荷比日益扩大.植物的生长需要合适的N∶P比,因此,外源N∶P负荷比的增加可能会对沉水植物的生长产生影响.采取控制实验,将刺苦草(Vallisneria spinulosa)栽种于塑料桶中,每隔3 d添加1次N、P营养盐,实验设置5个处理,P外源性负荷量固定为4 mg/(m^2·d),N外源性负荷量分别为0、40、80、120、160 mg/(m^2·d).实验周期为80 d.结果显示:随着N∶P负荷比的增加,刺苦草的叶干重、植株总干重、根干重、叶N及总N含量、叶片数、叶P及总P含量等指标基本保持不变或略有增加,单株总根长、根茎长度、块茎干重和无性系小株数目则呈现下降趋势.结果表明:随外源N∶P负荷比的增加,刺苦草个体生长指标总体呈现不变的趋势,但与种群扩张潜力相关的指标如根茎长度、块茎干重和无性系小株数目等则呈现下降趋势;刺苦草体内累积的N随外源N∶P负荷比的增加而增加,但P的累积保持不变.说明N∶P负荷比的增加对刺苦草个体生长影响不大,但对种群扩张不利;刺苦草对P的吸收也并不随N∶P比的增加而改变.

不同初始螺类密度对沉水植物刺苦草Vallisneria spinulosa Yan及其附着藻类的影响

大型水生植物及其附着藻类是浅水湖泊中的重要初级生产者。淡水螺类作为重要的初级消费者,其密度对沉水植物及其附着藻类的影响存在争议。本研究设置4种初始螺类密度(0、40、80、240 ind·m-2),研究淡水螺类(椭圆萝卜螺Radix swinhoei H.Adams)对刺苦草(Vallisneria spinulosa Yan)及其附着藻类的直接牧食作用和螺类种群的变化。结果显示,在添加螺处理中,刺苦草和人工基质表面附着藻类的生物量显著降低,同时沉水植物的生长显著增加,在较高初始密度螺类处理中刺苦草产生更多的分株。到实验结束时,螺类的死亡率较高,但3个有螺处理间螺类鲜重无显著差异,而高初始密度螺类条件下的最终密度仍较高,同时个体重量(均重)也较小。在中富营养条件下淡水螺类可以直接牧食沉水植物叶片,但对植物生长的抑制作用不显著,有可能是因为沉水植物并不能作为唯一的食物来源维持螺类种群,同时螺类的种群结构受到水体营养水平等因素的制约。

苦草(Vallisneria natans)移植对沉积物再悬浮后的水质控制效果研究

通过单因子(苦草密度)影响试验和双因子(有无苦草、沉积物性质)受控试验,研究苦草移植在短期内对沉积物再悬浮后的水质控制效果。结果表明,苦草移植可以显著降低水体悬浮物浓度与营养盐水平,且密度越高,悬浮物浓度与营养盐水平越低;沉积物营养水平影响苦草对水体的净化效果:高营养底泥中,苦草对悬浮物的去除率为22.19%,而低营养底泥中去除率仅为8.21%;高营养底泥中,苦草对水体TN的去除率为10.94%,显著高于低营养底泥。因此,沉水植被区域沉积物再悬浮的沉降不仅与沉水植物本身有关,还与沉积物的性质有关。

水深对沉水植物苦草(Vallisneria natans)和穗花狐尾藻(Myriophyllum spicatum)生长的影响

水深是影响浅水湖泊沉水植物生长的主要因素之一.莲座型苦草(Vallisneria natans)和冠层型穗花狐尾藻(Myriophyllum spicatum)是我国长江中下游浅水湖泊中常见的沉水植物种类,二者在形态特征上具有较大的差异.在自然水体中,水深变化对这两种植物的生长以及竞争格局的影响还有待研究.本文设计了3个水深梯度(水深0.5、1.5、2.5 m),探讨混栽条件下苦草和穗花狐尾藻生长和竞争格局对水深变化的响应.结果显示在实验系统内,中水深(1.5 m)处理组对两种植物的生长均最有利,表现为两种植物的相对生长率和生物量均最高.低水深(0.5 m)处理组苦草的生物量和相对生长率均显著低于高水深(2.5 m)处理组;穗花狐尾藻则相反,高水深对其生长的抑制作用更大. 2种沉水植物在高水深胁迫时均表现出地上部分(叶长或茎长)增加,地下部分(根长)减少的形态响应特征.此外,随着水深由高到低,苦草与穗花狐尾藻生物量之比逐渐减小,表明苦草在两种植物中的竞争优势逐渐降低.研究表明湖泊水深变化不仅能够影响沉水植物的丰度,同时还可能会影响沉水植物的群落结构,而在我国浅水湖泊的生态修复实践中,在通过水位调控恢复沉水植物时,调控范围应考虑目标植物(如苦草)的光合特征.