Comparative Paraquat Sensitivity of Newly Germinated and Mature Fronds of the Aquatic Macrophyte <i>Spirodela polyrhiza</i>

Here, we compared the intrinsic characteristics of 3-day-(newly germinated;“young”) and 8-week-old (“mature”) fronds of the aquatic plant Spirodela polyrhiza and their sensitivity to paraquat, a toxic herbicide. Endpoints measured were frond area and fresh weight, root length, chlorophyll a and b contents, and chlorophyll a fluorescence. Significant differences were detected in the intrinsic physiological traits between young and mature fronds. Young fronds showed higher root length, chlorophyll contents, maximum quantum yield (Fv/Fm), maximal relative electron transport rate (rETRmax) and saturating photon flux density (PFD), whereas mature fronds exhibited greater frond area and fresh weight. After a 72 h exposure to paraquat, root length and rETRmax were identified as the most sensitive endpoints of paraquat toxicity for both frond types, with EC50 values of 0.66 and 0.76 μg·L-1 for young fronds, respectively, and 5.53 and 2.28 μg·L-1 for mature fronds, respectively. Young fronds of S. polyrhiza showed significantly higher sensitivity to paraquat than mature fronds. A survey of other studies on paraquat toxicity to Lemna species revealed that EC50 values of paraquat-induced inhibition of root regrowth and rETRmax in both stages were the lowest, indicating that these two endpoints were the most sensitive to paraquat. In addition, EC50 values of both endpoints of mature fronds of S. polyrhiza appear to be similar to the current allowable concentrations in drinking water set by the World Health Organization (WHO), indicating that these values may have application for the assessment of toxicity risk of paraquat in aquatic ecosystems.

Arsenic uptake, accumulation and phytofiltration by duckweed (Spirodela polyrhiza L.)

This study investigates arsenic （As） accumulation and tolerance of duckweed Spirodela polyrhiza L. and its potential for As phytofiltration. S. polyrhiza was able to survive in high concentration of As（V） solution. The EC 50 values （± SE） based on the external As（V） were （181.66 ± 20.12） μmol/L. It accumulated （999 ± 95） mg As/kg dw when exposed in 320 μmol/L As（V） solution for one week, and was able to take up appropriately 400 mg As/kg dw in tissues without a significant biomass loss. The EC 50 values （the effective concentration of As（V） in the nutrient solution that caused a 50% inhibition on biomass production） was （866 ± 68） mg/kg dw for the tissues, indicating that S. polyrhiza had a high capability of As accumulation and tolerance. The uptake kinetic parameters V max was （55.33 ± 2.24） nmol/（g dw·min） and K m was （0.144 ± 0.011） mmol/L. Within 72 hr, S. polyrhiza decreased As concentration in the solution from 190 to 113 ng/mL with a removal rate of 41%. The study suggested that this floating aquatic plant has some potential for As phytofiltration in contaminated water bodies or paddy soils.

除草剂对水生植物的生理生态效应

首先研究了常用除草剂对水生植物的生理生态效应。结果表明在 12种除草剂中 ,乙草胺、丁草胺、艾割对紫萍 (Spirodelapolyrhiza (L .) Schleid)、金鱼藻 (Ceratophyllum demersum )生长影响显著。其后进行的丁草胺对金鱼藻生物量及生理生化影响研究表明 :金鱼藻生物量 (干重 )随丁草胺浓度的升高显著下降 ,处理后 16 d,两者呈显著的负相关。丁草胺处理后金鱼藻光合放氧速率明显下降 ,至 16 d,2、4、6、8m g/L处理分别比对照减少 36 .0 2 %、4 1.6 4 %、4 2 .74 %和 4 8.4 3% ;呼吸耗氧速率亦显著下降 ,4、6、8m g/L处理分别比对照下降 2 5 .87%、6 6 .6 4 %、6 7.94 %。呼吸耗氧速率的改变与丁草胺浓度呈极显著的负相关 ;丁草胺处理后金鱼藻叶绿素含量显著下降。谷胱甘肽 - S-转移酶 (GSTs)的变化也与丁草胺处理浓度有关 ,低浓度 (1m g/L )呈现先高后低 ,至 16 d显著低于对照 ,高浓度 (8mg/L )为先低后逐渐恢复。除草剂对水生植物的影响有可能影响整个水生生态系的功能。

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。

浮萍药用研究概况

在广泛文献检索基础上,介绍了浮萍的基源、成分、主要功效,为深入研究开发提供基础资料。

铜对紫背浮萍的影响

利用紫萍(Spirodela polyrhiza)作材料,在实验室条件下研究了增加铜对紫萍生长、光合作用色素含量、叶绿素a荧光的产生和植物体内铜累积的影响。结果表明,环境中增加1μmol L-1d的Cu2+时即可显著地抑制紫萍的生长(用鲜重和干重表示),随增加的铜的量加大,对生长的抑制作用增加,鲜重在8 μmol L-1Cu2+时,干重在2 μmol L-1 Cu2+以上时出现负增长;铜水平的升高可使叶绿素含量大幅下降,但对类胡萝卜素的含量影响不大;对叶绿素a荧光的产生也有影响,短时间的处理(24 h内)使Fo和Fm升高,但Fv/Fm变化很小,随着处理时间的延长和处理浓度的增加,Fo和Fm下降至很低水平,特别是Fm下降更快,以至Fv/Fm可能出现负值,表明光合作用器官已受到破坏;当铜处理水平增加时植物体内的铜含量水平也增加,表明其对铜有一定的累积作用,但因为在高铜浓度水平下植物的生物量显著下降,因而从植物修复的角度考虑,在中等或微量铜污染的情况下,才能选择适宜来源的紫萍用于进行铜污染环境的植物修复。

几种高等水生植物的克藻效应

研究了水花生、水浮莲、满江红、紫萍、浮萍和西洋菜对雷氏衣藻的相生相克关系,并和水葫芦的作用进行了比较。试验指出前五种水生植物对雷氏衣藻表现了克制作用,但它们的克藻效能不如水葫芦强。西洋菜没有克制作用,甚至稍有促进效应。从水花生、水浮莲、水葫芦的种植水中得到的分泌物粗提物,都显示了对雷氏衣藻的抑制效应,进一步证实了有相生相克关系的存在。试验结果说明高等水生植物对藻类的克制作用似有一定的普遍性,在水生生态系统的形成和演替过程中可能起着重要的作用。

稀土对浮萍引起水体富营养化的光合作用影响机理初探

为探究外源稀土化合物对水生植物引起水体富营养化的影响机理,选取紫背浮萍作为研究对象,设置受控实验,采用生物化学及荧光光谱技术分析稀土铈化合物对浮萍生长状况及其光合作用的影响进行研究.实验结果显示:适宜浓度范围内的稀土铈能有效促进浮萍对N、P的吸收,提高碳酸酐酶活性(最大值为0.684 EU/μg),并能提高光能利用和转化效率,光合作用得到增强,从而促进植物生长,浮萍生长率最高可达到63.85%.进而,随着浮萍繁殖密度的增加,水体DO值降低,而COD值上升(最大值为6.448 mg/L),最终导致水质逐渐恶化.研究结果表明,适量稀土对浮萍类小型水生植物具有生长促进作用,对水体富营养化进程发展起到正催化作用.这无疑为稀土可持续开发和利用提供了基础理论,为研究稀土对水体富营养化的促进规律和水域污染综合防治提供了科学依据.

浮萍和水花生降盐碱的效果及其对水质的影响

于1998年7～8月间选取山东省高青县赵店乡大芦湖养殖场内一口盐碱池塘的池水为试 验用水，引进浮萍与水花生研究其降盐降碱作用以及它们对化学、生物因子的影响。结果表 明：水花生没有明显的降盐碱作用；浮萍的降盐效果也不明显，但其降碱效果较明显。同时 会引起水体中钙离子浓度下降和pH值的升高。另外，它们降低了水体中营养盐浓度和浮游植 物生物量，但对浮游生物的多样性影响不大。

性比、饲料和密度因子对福寿螺产量的影响

用正交试验法研究了性比、饲料和投放密度三因子对福寿螺产量的影响。结果表明,以饲养雌螺、投喂混合饲料(满江红或紫贝浮萍加麸)和每亩投放10万幼螺的组合最好。还讨论了水生植物作为福寿螺饲料的优点和实现福寿螺单性生产的问题。

铈对紫萍抗铜能力的影响

铈能减缓铜胁迫导致的紫萍 (SpirodelapolyrhizaL .)叶片膜透性的增加、可溶性蛋白含量和叶绿素a/b值的下降以及超氧阴离子 (O2 —·)、丙二醛 (MDA)的积累。与同浓度的单一铜处理相比 ,加入 2 0mg/L的铈后 ,超氧化物歧化酶 (SOD)、过氧化氢酶 (CAT)、过氧化物酶 (POD)的活性和类胡萝卜素(Car)、抗坏血酸 (AsA)含量不同程度的增强或增多 ,暗示铈可能通过提高紫萍活性氧清除能力以增强对铜的抗性和耐性。

紫萍营养繁殖过程的解剖观察

以采自海南陵水的紫萍(Spirodela polyrhiza DW2501-4)为材料,观察紫萍的营养繁殖过程。紫萍DW2501-4培养在0.5倍Hoagland′s液体培养基中,先不断长出新的叶状体,随着营养物质的减少,长出休眠体进入休眠状态。休眠体经过4℃处理7 d后,可在含1%蔗糖的Hoagland′s固体培养基中重新萌发。为了进一步观察叶状体、类休眠体和休眠体的组织结构差异,以及休眠体萌发过程中组织结构的变化,制作了石蜡切片。观察结果显示:紫萍叶状体有数条叶脉,细胞中含少量的淀粉粒,表皮层以下有分层的气室,通常分上下两层,上层气室比下层气室小。类休眠体也有数条叶脉和少量气室,细胞中有较多淀粉粒。休眠体的细胞差异不明显,几乎没有气室,细胞内有大量的淀粉粒,部分细胞含有单宁;随着休眠体萌发,细胞中淀粉粒不断变小,同时分生组织分化出根和新的叶状体。

紫萍和兰氏萍不同克隆的生长性状及其与微卫星标记的关联性分析

对紫萍[Spirodela polyrhiza(Linn.) Schleid.]3个克隆和兰氏萍[Landoltia punctata(G. Meyer) Les et D. J. Crawford]3个克隆的所有克隆分株的单株叶状体数,单叶状体的根数、总根长和平均根长以及叶状体的长度和宽度进行分析,基于微卫星标记扩增结果对6个克隆在各微卫星位点的基因型进行分析,并对各微卫星位点与2种浮萍生长性状的关联性进行分析,还对2种浮萍各微卫星位点不同基因型间的生长性状进行多重比较。结果表明:紫萍单叶状体的根数、总根长和平均根长及叶状体宽度在3个克隆间以及兰氏萍各生长性状在3个克隆间均存在显著(P<0.05)差异。紫萍3个克隆在Sp25、Sp30、Sp47和Sp53位点的基因型不同,兰氏萍3个克隆在Sp10、Sp14、Sp16、Sp42、Sp47、Sp51、Sp52和Sp53位点的基因型不同;紫萍3个克隆在Sp6、Sp14、Sp16、Sp25、Sp36、Sp45、Sp47和Sp51位点的基因型和等位基因与兰氏萍不同;2种浮萍6个克隆在Sp4、Sp12、Sp28、Sp29和Sp43位点的基因型相同。Sp25、Sp30、Sp47和Sp53位点与紫萍单叶状体的根数、总根长和平均根长的关联性极显著(P<0.01),Sp30位点与其叶状体的长度和宽度的关联性显著,Sp25位点与其叶状体宽度的关联性也显著。Sp10、Sp14、Sp16、Sp42、Sp47、Sp52和Sp53位点与兰氏萍单株叶状体数和单叶状体根数的关联性极显著,Sp10、Sp14、Sp42、Sp47、Sp51、Sp52和Sp53位点与其叶状体的长度和宽度的关联性显著或极显著,Sp16、Sp51及Sp53位点与其单叶状体的总根长和平均根长的关联性极显著。Sp47和Sp53位点BD基因型紫萍的根明显偏多且偏长,Sp51和Sp53位点AD基因型兰氏萍的根明显偏长;并且,Sp25位点CE基因型紫萍的叶状体最多且最大,其根也最多且最长。研究结果显示:供试的微卫星标记具有属间标记通用性,可用于紫萍和兰氏萍基因型分析;Sp25、Sp30、Sp47和Sp53位点与紫萍根的长度和数量密切相关,而Sp10、Sp14、Sp16、Sp42、Sp47、Sp51、Sp52和Sp53位点与兰氏萍叶状体的数量和大小以及根的数量密切相关。

外源稀土Ce^(3+)对紫背浮萍光合作用和水体富营养化的影响

随着稀土的大量开采、冶炼和应用,导致稀土元素正逐渐由岩石圈向水圈和生物圈转移,由此对水环境很可能造成类同重金属的环境负面效应。基于适量稀土对植物生长的促进作用,以四川境内较为常见且易引起水体富营养化的紫背浮萍为研究对象,运用室内受控实验,观测不同浓度稀土Ce3+对紫背浮萍光合作用的影响,并对紫背浮萍鲜重以及培养液进行了15 d的监测。结果表明较低浓度Ce3+(0.30,0.60 mg.L-1)能提高紫背浮萍叶绿素a的含量和碳酸酐酶活性,促进植物的光合作用,其鲜重均高于空白样(P<0.05),并随着时间推移,培养液中DO含量逐渐下降,COD含量则显示出上升趋势;而较高浓度Ce3+(1.50,3.00 mg.L-1)条件下,紫背浮萍叶绿素a和碳酸酐酶活性明显降低,鲜重低于空白样,光合作用下降,植物生长受到抑制。研究结果可知,水域中适量浓度Ce3+(0～0.60 mg.L-1)可提高水生植物光合作用,加快新陈代谢,进而使水质恶化,促进水体富营养化的发生。

针对浮萍暴发式生长的植物源除草剂的筛选

浮萍暴发式生长给河道、湖泊、池塘等水体生态环境造成了较大困扰。探讨中草药提取液对浮萍植物的生长影响,以期为新型植物源除草剂的研制提供科学依据。通过对浮萍表观生长状态观察及对叶绿素、生物量等生长指标的检测,研究了7种常见中草药(甘草、地锦草、金钱草、泽漆、泽泻、黄连、鱼腥草)提取液对紫背浮萍(Soirodela polyrhiza)生长的影响。结果表明:黄连提取液对浮萍叶状体分蘖的抑制作用最佳,培养期间浮萍叶状体数几乎未增加;地锦草提取液对浮萍生物量增长的抑制能力最佳,培养96 h后浮萍生物量下降至对照组的69%;泽泻提取液对浮萍色素水平的影响最大,培养96 h后实验组叶绿素含量下降55%以上,杀青效果明显。因此,从中草药宝库中寻找抑制浮萍暴发的植物源除草剂是可行的。

紫萍休眠体形成条件的研究

以采自海南的紫萍DW2501-4和湖北的紫萍HB0301作为材料,研究缺素、脱落酸(ABA)、温度和光照时间对紫萍休眠体形成的影响,通过单因子实验和正交实验获得紫萍休眠体形成的最佳诱导条件。单因子诱导实验结果表明:缺氮能快速有效的诱导休眠体的产生;ABA浓度超过0.05 mg/L对叶状体生长起抑制作用,0.005 mg/L对DW2501-4休眠体形成诱导效果最佳,0.01 mg/L ABA对HB0301休眠体形成诱导效果最佳;在20℃~32℃范围,较低的温度利于休眠体的形成,较高的温度利于叶状体的生长;DW2501-4和HB0301在16 h、24 h光照下比8 h光照下产生的休眠体和叶状体更多,长日照更有利于叶状体的生长和休眠体形成。正交实验结果表明:休眠体形成的最佳诱导条件为缺氮的0.5倍Hoagland’s液体培养基,添加ABA浓度0.005 mg/L,培养温度24℃,光暗比16 h:8 h。