一种浮生草本植物对水体溢油的生物指示性模拟检测方法

摘要

本发明涉及一种浮生草本植物对水体溢油的生物指示性模拟检测方法，包括如下步骤：1)复合生态浮床的构建；2)配制水体溢油；3)生物指示性处理；4)浮生草本植物对水体溢油的检测。本发明采用掌上叶绿素荧光仪测定了水体溢油环境条件中上述植物的快速叶绿素荧光动力学过程和参数，进行了不同植物对水体溢油光合作用指示性综合分析。

说明书

技术领域

本发明属于海洋环境保护领域，具体涉及一种浮生草本植物对水体溢油的生物指示性模拟检测方法。

背景技术

生态浮床是可利用水生植物根系的吸收和同化作用以及根系微生物的降解作用等对水体污染物进行生物转化和降解，已成功用于富营养化水体污染治理(王彦玲等，2011；孙从军等，2008；康群等，2011)。研究发现有些植物具有耐油污特性。李玟等(2002)通过湿地模拟试验发现，秋茄幼苗对低浓度含油废水具有一定降解能力；李方敏等(2006)探讨了玉米草和黑麦草等6种植物在石油污染土壤上的生长适应性，结果表明，玉米草和黑麦草的发芽率和生长受石油污染影响相对较小。大薸为水生漂浮植物，繁殖力强，根系发达，可直接吸收污水中的有害物质和过剩营养物质；狭叶马兰为多年生陆生植物，根茎肥壮。实验选取这两种不同类型的植物，研究其对水中石油污染物的生物降解作用,并观察其生物适应性，可为水体溢油的生态浮床处理技术奠定基础。

复合生态浮床是利用水生植物的修复作用发展起来的一种新型水体原位修复技术，是利用生态工程“食物链原理”，在生物浮床基础上设计而成的，构筑以水生动、植物和微生物为主体的生态系统。它除具有生物浮床造价低廉、运行管理简便等特点外，还可通过水生植物的截留和吸收作用，水生动物的滤食作用和微生物膜的吸收代谢，直接去除水体污染物，较好地改善水质。复合生态浮床在河流和湖泊等内陆水域富营养化和溢油污染控制方面有很好的应用前景。

利用敏感生物进行污染监测是环境污染监测的有效方法之一。光合作用是植物重要的合成代谢过程，而叶绿素荧光是光合作用过程的重要现象。叶绿素荧光技术是无损探测叶片光合作用变化的有效工具。快速叶绿素荧光技术可记录1秒内植物荧光的瞬间变化，为探讨环境压力对植物体的损害提供了更多可能。叶绿素荧光因其对各种胁迫因子十分敏感,越来越多地将其作为鉴定植物抗逆性的理想指标和技术。快速叶绿素荧光诱导曲线包含了光系统II(PSII)光化学反应的大量信息,根据这些信息可以推测PS II复合体所处的生理状态。

微型生物指水体中仅在显微镜下观察到的细菌、真菌、藻类、原生动物，以及小型后生动物，如轮虫等，既包括自养性植物，又包括异养性动物，还有细菌等分解者。它们分布在各个层次的空间并占据着各自的生态位，彼此之间有着复杂的相互作用，构成一个特定的群落，称之为微型生物群落。微型生物群落在微型食物网中起关键作用，是水生态系统的物质循环和能量流转重要环节。1969年，美国著名生态毒理学家Cairns教授首次利用PFU收集微型生物群落。应用PFU采集微型生物群落具有独特优点，PFU的孔径约为100μm‐150μm，其三维结构为细菌、藻类和原生动物提供了很好的基质和有效保护(避免大型浮游动物掠食)。在水体中暴露一段时间的PFU能够群集高密度的微型生物。

发明内容

为了解决现有技术中的有关该领域技术空白，本发明提出一种浮生草本植物对水体溢油的生物指示性模拟检测方法，包括如下步骤：1)复合生态浮床的构建；2)配制水体溢油；3)生物指示性处理；4)浮生草本植物对水体溢油的检测。

进一步的，所述的1)复合生态浮床的构建包括将水葫芦、大漂、马兰三种植物叶片叠放，并固定在网状框架内，作为复合生态浮床。

进一步的，所述的2)配制水体溢油包括选用500mL的容器作为试验培养瓶，加入按照油水比为10mg:2.5mL配制的人工油水混合液，即水体溢油。

进一步的，将所述步骤2)得到的水体溢油进行20min超声振荡处理，超声功率100％，然后加入消油剂处理20min，所述消油剂与所述水体溢油的体积比为10:1。

进一步的，所述步骤4)中，采用掌上叶绿素荧光仪测定了水体溢油环境条件中浮生草本植物的快速叶绿素荧光动力学过程和参数，对叶绿素荧光诱导动力学曲线进行分析，得到叶绿素荧光动力学参数，以此表征浮生草本植物对水体溢油的染物胁迫的响应即生物指示性。

进一步的，所述的消油剂是市场中可购得的常见的消油剂。

进一步的，水葫芦(Eichhornia crassipes)、大薸(Pistia stratiotes L.)和马兰(Kalimeris indica L.)三种植物对水体溢油的生物指示性不同，水葫芦对污染物有较强的吸收能力，代谢较为旺盛。大薸的根系发达并有助于其吸收水中的过剩营养物质和有害物质，高浓度溢油会对大薸的生长和功能产生损害作用，低浓度溢油影响大薸植株的生长，主要表现为叶片的霉烂、枯死和根腐烂现象。马兰对柴油溢油的耐受能力相对较强，低浓度溢油条件下，马兰植株生长受到轻微影响，溢油浓度越高，马兰生长受到的影响越大；超声波和消油剂存在下，可增强溢油对马兰生长的影响。根据上述实验结果，本发明具体选择按照质量比5-10:2-3:2-3的比例将水葫芦、大漂、马兰三种植物叶片叠放，并固定在网状框架内，作为复合生态浮床。优选，5-10:2:2，更优选7:2:2。

进一步的，本发明上述方法的应用包括能用于浮生草本植物对水体溢油的生物指示性，表征浮生草本植物对水体溢油的染物胁迫的响应。

进一步的，水葫芦对污染物有相对较强的吸收能力，代谢较为旺盛；马兰对柴油溢油的耐受能力相对较强，低浓度溢油条件下，马兰植株生长受到轻微影响，溢油浓度越高，马兰生长受到的影响越大。

根据光合作用荧光测试技术原理，采用掌上叶绿素荧光仪测定了水体溢油环境条件中上述三类植物的快速叶绿素荧光动力学过程和参数，以评价植物在油污染情况下的光合作用应激反应。对水葫芦的快速叶绿素荧光动力学过程分析结果表明，植物叶绿素荧光变化可在一定程度上反映环境油污染因子对植物的影响，随溢油处理浓度和处理时间的变化，水葫芦的叶绿素荧光强度和诱导曲线形状均发生较大变化，测试初始时，各种溢油浓度条件下的水葫芦的叶绿素荧光诱导曲线形状基本相同，随着溢油浓度增大，叶绿素荧光强度有降低趋势，叶绿素荧光强度反映了植物对溢油胁迫环境的响应情况。对叶绿素荧光诱导动力学曲线进行深入分析可得到大量有价值的叶绿素荧光动力学参数，如F₀、F_M和F_V/F_M，以此说明植物对环境污染物胁迫的响应机制。通过大薸和马兰的光合荧光参数的平均值随溢油浓度变化趋势分析表明，柴油存在条件下，四个光合荧光参数均不同程度下降，F_v/F₀和F_v/F_m分别代表PSII的潜在活性和PSII原初光能转化效率(张其德等,1996；林世青等,1992)。光抑制条件下Fv的降低主要是因F_m的降低,而非F₀增加(Krause,1988)。非光化学能量耗散易造成F₀降低,而光合机构被破坏又使其升高,所以该参数的变化可以反映引起这种变化的内在机制(和1984；Demmig和1987)。光化学淬灭反映PSII天线色素吸收光能用于光化学电子传递的份额,在一定程度上反映了PSII反应中心的开放程度(Genty等,1989；Van Kooten和Snel,1990)。光化学淬灭反映了PSII原初电子受体QA的还原状态,它由QA重新氧化形成(Krause等,1988)；光化学淬灭系数qP愈大,QA重新氧化形成QA的量愈大,即PSII的电子传递活性愈大(王可玢等,1997)。本发明的上述参数均是所列现有技术中记载的参数，不再赘述。

本发明采用掌上叶绿素荧光仪测定了水体溢油环境条件中上述植物的快速叶绿素荧光动力学过程和参数，进行了不同植物对水体溢油光合作用指示性综合分析。植物叶绿素荧光变化可在一定程度上反映环境油污染因子对植物的影响，对叶绿素荧光诱导动力学曲线进行深入分析可得到大量有价值的叶绿素荧光动力学参数，如F_v/F₀和F_v/F_m，以此说明植物对环境污染物胁迫的响应机制。

具体实施方式

实施例1

一种浮生草本植物对水体溢油的生物指示性模拟检测方法，包括如下步骤：1)复合生态浮床的构建；2)配制水体溢油；3)生物指示性处理；4)浮生草本植物对水体溢油的检测。所述的1)复合生态浮床的构建包括将水葫芦、大漂、马兰三种植物叶片叠放，其中三者的质量比为7:2:2，并固定在网状框架内，作为复合生态浮床。所述的2)配制水体溢油包括选用500mL的容器作为试验培养瓶，加入按照油水比为10mg:2.5mL配制的人工油水混合液，即水体溢油。将所述步骤2)得到的水体溢油进行20min超声振荡处理，超声功率100％，然后加入消油剂处理20min，所述消油剂与所述水体溢油的体积比为10:1。所述步骤4)中，采用掌上叶绿素荧光仪测定了水体溢油环境条件中浮生草本植物的快速叶绿素荧光动力学过程和参数，对叶绿素荧光诱导动力学曲线进行分析，得到叶绿素荧光动力学参数，以此表征浮生草本植物对水体溢油的染物胁迫的响应即生物指示性。本发明的方法的实验结果如表1所示。

表1本发明的浮生草本植物对水体溢油的生物指示性或敏感性

实施例2

一种浮生草本植物对水体溢油的生物指示性模拟检测方法，包括如下步骤：1)复合生态浮床的构建；2)配制水体溢油；3)生物指示性处理；4)浮生草本植物对水体溢油的检测。所述的1)复合生态浮床的构建包括将水葫芦、大漂、马兰三种植物叶片叠放，其中三者的质量比为8:3:2，并固定在网状框架内，作为复合生态浮床。所述的2)配制水体溢油包括选用500mL的容器作为试验培养瓶，加入按照油水比为10mg:2.5mL配制的人工油水混合液，即水体溢油。将所述步骤2)得到的水体溢油进行20min超声振荡处理，超声功率100％，然后加入消油剂处理20min，所述消油剂与所述水体溢油的体积比为10:1。所述步骤4)中，采用掌上叶绿素荧光仪测定了水体溢油环境条件中浮生草本植物的快速叶绿素荧光动力学过程和参数，对叶绿素荧光诱导动力学曲线进行分析，得到叶绿素荧光动力学参数，以此表征浮生草本植物对水体溢油的染物胁迫的响应即生物指示性。本发明的方法的实验结果如表2所示。

表2本发明的浮生草本植物对水体溢油的生物指示性或敏感性

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。且以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，与本发明构思无实质性差异的各种工艺方案均在本发明的保护范围内。本发明已经通过具体实施方式对其进行了详细阐述，但是，本专业普通技术人员在此基础上所做出的未超出权利要求保护范围的任何形式和细节的变化，均属于本发明所要保护的范围。