典型挺水景观植物与铜绿微囊藻的相互化感作用及机理研究

Aquatic macrophytes restoration is one of the main measures to control water eutrophication. And the inhibitory effects of aquatic macrophytes on algae and its tolerance to algae in eutrophic water is prerequisite to examine whether the aquatic macrophytes can be applied to prevent and control algae bloom. This project aims to study the mutual allelopathy of typical emerged landscape plants and Microcystis aeruginosa. Plant morphology and biomass will be taken as the growth indicators in co-cultivation to study the growth of emerged landscape plants and Microcystis aeruginosa. Physiological and biochemical responses of emerged landscape plants and Microcystis aeruginosa will be researched and the ultrastructure of emerged landscape plants and Microcystis aeruginosa will be investigated to indicate the allelopathic mechanism of emerged landscape plants to Microcystis aeruginosa and the toxic effects of Microcystis aeruginosa to emerged landscape plants. In kinetic experiments, the absorption of nutritious materials by emerged landscape plants will be studied to obtain the nutritious materials uptake kinetics in emerged landscape plants. The nitrogen metabolism and the distribution of the nutrient elements in emerged landscape plants will be studied to analyze the resources allocation strategy of emerged landscape plants under Microcystis aeruginosa stress. Systemic studies on the relationship between the allelochemicals in emerged landscape plants and the microcystins will be carried out to discuss production and release of the allelochemicals in emerged landscape plants and the microcystins. All the results are of great theoretical significance to select fine emerged landscape plants which are applied to prevent and control the algal blooms in landscape water body.

大型水生植物恢复是治理水体富营养化的主要措施。水生植物对藻类的抑制作用及其对藻类的耐受能力是决定其能否应用到水华防治的前提条件。本项目拟研究典型挺水景观植物与铜绿微囊藻的化感互作。用共生培养方式，以植物形态和生物量为指标研究铜绿微囊藻和挺水植物的生长情况，揭示化感胁迫下铜绿微囊藻和挺水植物的生长规律；研究挺水植物和铜绿微囊藻的生理生化反应，结合超微结构的观察，探索挺水植物对铜绿微囊藻的化感机制及铜绿微囊藻对挺水植物的毒害效应；用动力学试验研究挺水植物的营养盐吸收特征，获得铜绿微囊藻胁迫下挺水植物吸收营养盐的动力学特性；研究铜绿微囊藻胁迫下挺水植物氮代谢规律及营养物质体内的分布，分析挺水植物的资源分配策略；研究挺水植物化感物质和铜绿微囊藻毒素之间的相互作用及关系，揭示挺水植物化感物质和铜绿微囊藻毒素产生与释放的规律。研究成果对于选择优良挺水景观植物用于景观水体水华防治具有重要的理论指导意义。

大型水生植物恢复是治理水体富营养化的主要生物措施。水生植物对藻类的抑制作用及其对藻类的耐受力是决定其能否应用到水华防治的前提条件。本项目研究结果表明，挺水植物与铜绿微囊藻之间存在化感互作效应，不同挺水植物对藻的化感抑制效应有差异，黄菖蒲化感抑藻效果最好，梭鱼草最差。挺水植物生物量越高，化感抑藻效果越好。具体表现为：随着植物生物量的增加和化感时间的延长，铜绿微囊藻细胞氧化损伤严重，细胞内发生脂质过氧化作用，亚显微结构受到严重损伤，类囊体等结构形态发生变化或解体； 表面结构也有很大变化，表面皱缩，形状畸形且不完整，细胞之间的边界模糊不清，外形混沌；光合系统被严重破坏，叶绿素的合成和分解受到影响，叶绿素含量下降，光合活性及光合效率降低；藻类多糖合成受到抑制，但是多糖分泌和溶解却受到进一步促进；细胞膜系统明显变化，首先脂肪酸的组成发生变化，使不饱和脂肪酸所占比例上升，饱和脂肪酸所占比例下降，进而影响细胞膜的流动性和选择性，导致其通透性增加，细胞内非电解质和各种金属离子大量渗出；藻毒素的产生量与释放量在培养初期增加，但在后期，合成受到抑制，藻细胞死亡释放出的藻毒素一部分被植物吸附，导致水体中藻毒素含量非常低。黄菖蒲水浸提液和狭叶香蒲种植水中存在的化感物质主要是中等极性物质（主要是有机酸）。通过GC-MS分析，鉴定出多种脂肪酸类物质和酚酸类物质。. 铜绿微囊藻和藻毒素对挺水植物也有一定的化感胁迫能力。低浓度的铜绿微囊藻和藻毒素可以促进挺水植物的各种生理活性，提高其污水净化能力；高浓度的铜绿微囊藻和藻毒素短期内会使挺水植物的营养吸收速率增加，导致植物根茎叶内N、P、K等营养元素含量增加，但培养时间增加，挺水植物的营养吸收受到抑制，C、N、P、K含量降低，而Ca和S却在叶片大量富集；挺水植物总叶片数减少，枯叶数增加，叶片的亚显微结构受到破坏；叶片的光呼吸系统也受到影响，净光合速率、光呼吸速率及各种相关酶的活性呈现先增加后降低的趋势，但是在净光合速率急剧降低的时候，挺水植物可能会通过维持或增强光呼吸在一定程度上抵抗逆境胁迫。另外，铜绿微囊藻胁迫对挺水植物的化感作用具有一定的诱导效应，适当的藻类胁迫处理会增加挺水植物的化感抑藻效果。