典型亚热带海岸湿地植物对赤潮藻的抑制作用与机制研究

Study on the inhibitory effect of typical subtropical wetland plants on red tide algae and its mechanism // Red tide is an ecological disaster phenomenon frequently occurring in the coastal waters. The occurrence of red tide will cause the death of a large number of natural marine organisms and coastal aquaculture animals, posing a serious impact on the marine ecosystem; meanwhile it will result in a great harm on the social development, economic production and life in the coastal areas. The inhibitory effect of typical subtropical wetland plants on red tide algae and its mechanism are a heat issue for the current international ocean ecology and red tide prevention and control technology in the near shore, which is of great practical significance in maintaining and protecting the subtropical coastal ecosystem security and promoting the sustainable development of social economy. This project is focused on (1) survey and screening wetland plants (large algae, seagrass and mangrove plants) with inhibitory effect on the algae along the south China coast; (2) inhibitory effect of typical macroalgae and seagrasses on the red tide algae; (3) inhibitory effect typical of mangrove plants on the red tide algae; and (4) physiological and ecological mechanism in the inhibitory effect of subtropical wetland plants on the occurrence of red tide. This will not only set up a theoretical foundation for ecological control of frequently occurring red tides, but also provide a scientific basis for marine environment governance and water restoration along the south China coast.

赤潮是现今近海海域频繁发生的一种生态灾害现象。赤潮的发生不仅会造成大量的天然海洋生物和近海人工养殖水产动物的死亡，严重影响海洋生态系统安全，而且对沿海的社会发展、经济生产和生活造成严重危害。开展典型亚热带湿地植物对赤潮藻的抑制作用与机制研究，不仅针对了当前国际海洋生态学和近海赤潮预警防治技术研究领域的前沿问题，而且对于维护和保障亚热带海岸生态系统的安全、促进沿海区域社会经济的可持续发展具有重大现实意义。项目拟开展以下研究：（1）华南沿海具备抑藻功能的湿地植物（大型海藻、海草和红树植物）调查筛选；（2）典型大型海藻和海草对赤潮藻的抑制效应研究；（3）典型红树植物对赤潮藻的抑制效应研究；（4）亚热带湿地植物抑制赤潮发生的生理生态学机制揭示。预期研究结果可望为拓展近海频发赤潮灾害的生态学防治新途径奠定理论基础，并为华南沿海近岸水环境治理及赤潮频发水域的生态修复提供科学依据。

本项目以典型华南沿海亚热带湿地植物为研究对象，通过不同溶剂提取液作用于常见有害藻类筛选出有效的抑藻植物；结合实验室模拟实验，研究了植物提取液及化感物质对微藻生长速率、光合作用、生理生化等的影响，并通过不同组学水平重点研究了化感物质对微藻的抑制机理及其生物安全性。通过研究得出以下主要结论：（1）木榄和秋茄不同叶龄叶片水提液和乙醇提取液对球形棕囊藻和米氏凯轮藻的抑制效果呈老叶>成熟叶>幼叶的趋势，分别鉴定出14和11中化合物，主要化感物质推测为降倍半萜苷类物质和酚苷类化合物。（2）海芒果果实水提液对三种甲藻的EC50分别为0.986，1.567和1.827 g/L。水提液中含量较高的物质为原儿茶酸（53.91 mg/L）且对甲藻具有中等毒性，原儿茶酸可以阻碍醌电子的还原，破坏光合系统II的电子传递对锥状斯氏藻产生抑制作用，同时影响锥状斯氏藻细胞周期和胞内渗透压，该物质也能够通过影响锥状斯氏藻藻际微生物群落结构加强对有害藻类的抑制效果。（3）海菖蒲水提液对锥状斯氏藻、塔玛亚历山大藻、米氏凯伦藻、球形棕囊藻均有抑制作用。水提物对上述四种藻的抑制率分别达到95.34%、99.18%、94.4%和72.46%，乙醇提取物对锥状斯氏藻、米氏凯伦藻和球形棕囊藻的抑制率分别达到78.55%、95.82%和77.72%，正己烷提取物对锥状斯氏藻的抑制率达到了58.28%；水提液对赤潮藻的MDA含量显著(p<0.05)增加，其水提液主要化感物质为黄酮类物质木犀草素-7-O-葡萄糖醛酸苷，该物质通过干扰藻细胞的三羧酸循环从而抑制藻细胞的生长。（4）香附子在六种湿地草本植物中抑藻效果最好，香附子水提液在浓度范围内（1、2、4、8和16 g/L）均对球形棕囊藻显示不同的抑制程度，并且随着实验的进行抑制率逐渐上升，有效浓度≥4 g/L，抑制率达87%以上；其主要化感物质为奎宁酸，该物质主要影响细胞器、蛋白结合和核糖体的结构组成。