挺水植物对城市景观水体铜绿微囊藻化感抑制作用与机理研究

摘要

本文以景观水体富营养化为主要研究对象，通过对水体富营养化基本概念和污染现状的阐述，总结了治理景观水体富营养化的物理、化学、生物技术，并通过分析对比重点阐述了运用生态-生物修复技术来治理城市景观水体的富营养化及其影响机制。基于生态-生物修复技术治理景观水体富营养化原理，选取中国南方城市景观水体中常用的两种挺水植物慈姑（Sagittaria trifolia）和荸荠（Eleocharis dulcis），通过植物种植水、植物浸提液、共培养等三种方式研究慈姑和荸荠对铜绿微囊藻生长的影响，并进一步选取抑藻效果较好的荸荠作为化感物质提取对象，考察其化感物质的抑藻效果及抑藻机制，得出以下主要研究结论：
　　（1）慈姑种植水、慈姑浸提液、荸荠种植水、荸荠浸提液均对铜绿微囊藻的生长具有抑制作用。荸荠种植水对铜绿微囊藻的最高抑制率达到了57.04%；慈姑种植水对铜绿微囊藻的最高抑制率达到了55.45%；慈姑浸提液对铜绿微囊藻的最高抑制率达到了89.30%；荸荠浸提液对铜绿微囊藻的最高抑制率达到了91.40%。两种植物浸提液对铜绿微囊藻的抑制作用都呈现出随浓度升高抑制作用增强的效果，其中荸荠浸提液的抑藻效果强于慈姑。就实际应用效果而言，浸提液的抑藻方式优于种植水，且荸荠浸提液的抑藻效果稍强于慈姑，可优先考虑荸荠浸提液进行抑藻。
　　（2）慈姑与铜绿微囊藻共培养条件下对铜绿微囊藻细胞的叶绿素a含量有明显的抑制作用，对照组藻细胞叶绿素a含量在6d的时间里从331.11μg.L-1上升到531.85μg.L-1，上升了60.62%；而慈姑与铜绿微囊藻共培养中，藻细胞的叶绿素a含量由327.14μg.L-1下降到263.16μg.L-1，下降了19.55%。在培养过程中藻细胞丙二醛（MDA）含量明显增多，第5d共培养组铜绿微囊藻细胞 MDA含量达到6.89μg.protein-1，是同时间对照组的5倍。共培养组中铜绿微囊藻细胞超氧化物歧化酶（SOD）活性、过氧化氢酶（CAT）活性，以及谷胱甘肽（GSH）含量都呈现先上升后下降的趋势，而培养液中的 pH值在培养期内不断升高。实验数据表明，ROS的过量积累导致藻细胞抗氧化酶体系损伤，造成藻细胞发生脂质过氧化作用是铜绿微囊藻细胞死亡的重要原因。本研究从藻细胞的生理角度证明了慈姑与铜绿微囊藻共培养条件下造成的铜绿微囊藻细胞氧化损伤是藻细胞生长受到抑制的重要机理。
　　（3）荸荠与铜绿微囊藻共培养条件下对铜绿微囊藻细胞的叶绿素a有明显的抑制作用，对照组藻细胞叶绿素 a含量在6d的时间里从331.11μg.L-1上升到531.85μg.L-1，上升了60.62%；而荸荠与铜绿微囊藻共培养中，藻细胞的叶绿素a含量由365.04μg.L-1下降到282.15μg.L-1，下降了22.70%。藻细胞MDA含量明显增多，第4d，实验组MDA含量达到最高值5.88μg.protein-1，是同时间对照组MDA含量的3.23倍。SOD活性、CAT活性，以及GSH含量都呈现先上升后下降的趋势，而培养液中的 pH值在培养期内不断升高。实验数据表明，ROS的过量积累导致藻细胞抗氧化酶体系损伤造成藻细胞发生脂质过氧化作用是铜绿微囊藻细胞不断死亡的重要原因。本研究从藻细胞的生理角度证明了荸荠与铜绿微囊藻共培养条件下造成的铜绿微囊藻细胞氧化损伤是藻细胞生长受到抑制的重要机理。
　　（4）对荸荠皮组分进行大类成分分析后发现，荸荠皮中含有包括皂甙、生物碱、甾体、萜类、黄酮类及其甙、强心甙、香豆素及其甙、糖及其甙、鞣质、有机酸、酚类在内多种化合物。采用不同极性的有机溶剂提取荸荠皮，并通过抑藻圈实验对乙酸乙酯提取物、正丁醇提取物、氯仿提取物和石油醚提取物的抑藻能力进行比较，结果发现乙酸乙酯提取物对铜绿微囊藻的抑藻活性最强。薄层层析（TLC）分离提纯荸荠皮提取物实验发现乙酸乙酯、氯仿、甲醇混合溶剂对荸荠皮提取物的分离效果最好，因此选择乙酸乙酯、氯仿、甲醇按不同体积比配制成不同的混合溶剂作为柱层析分离提纯的洗脱剂。通过硅胶柱层析对抑藻物质进行两次分离纯化，得到具有最强抑藻效果的组份7，对组份7进行GC-MS分析鉴定荸荠皮有效抑藻成分的化学结构和性质，共得到甾醇类、黄酮类、有机酸类和酯类等四类有机化合物。
　　（5）分析鉴定出的荸荠黄酮类化感活性物质 C15H12O6对应的外源化合物圣草酚能够抑制铜绿微囊藻的生长，证明黄酮类化合物C15H12O6是荸荠所含有的化感物质成分之一。圣草酚的半数效应浓度是1.12×10-7mg.cell-1。圣草酚添加量为8mg.L-1时，抑藻率达到96.76%，已基本杀死培养基内铜绿微囊藻。通过对铜绿微囊藻细胞抗氧化酶体系SOD与CAT、丙二醛（MDA）、还原型谷胱甘肽（GSH）等生长指标的测定发现培养基中加入圣草酚后，藻细胞的抗氧化酶体系产生应激性反应，SOD活性不断降低，其处理O2·-能力不断下降，藻细胞处理ROS的第一道防线已遭到破损；对CAT的测定发现，藻细胞由于SOD活性降低导致的CAT活性上升对藻细胞造成了极大损害，这一点可以由 MDA、GSH数据反应出来。由此可推断出，圣草酚对藻细胞的抗氧化酶体系的损伤是藻细胞数量减少甚至死亡的主要原因。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 城市景观水体富营养化概况

1.2 水体富营养化修复技术

1.3 水生植物生态控藻的作用机制

1.4 选题目标、研究内容及论文结构

第2章 慈姑和荸荠种植水抑藻效果研究

2.1 引言

2.2 材料与方法

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

第3章 慈姑和荸荠浸提液抑藻效果研究

3.1 引言

3.2 材料与方法

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第4章 共培养条件下慈姑和荸荠抑藻效果及影响机制研究

4.1 引言

4.2 材料与方法

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第5章 荸荠化感物质的提取与抑藻机制研究

5.1 引言

5.2 材料与方法

5.3 结果与讨论

5.4 本章小结

结论

1．结论

2、展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表论文情况

附录B 攻读学位期间所获奖励及专利情况

附录C 攻读学位期间所主持或参与的课题