全 文 ：第 35 卷　第 3 期
2007 年 8 月 　　　　　　 　 河南师范大学学报(自然科学版)Journal o f Henan Normal University (Natural Science)　　　　　 　　
Vol .35　No.3
Aug.2007
　　文章编号:1000-2367(2007)03-0115-04
伊乐藻和苦草对硝氮胁迫的响应
马剑敏1 ,靳同霞1 ,靳　萍1 ,成水平2 ,贺　锋2 ,吴　娟2 ,吴振斌2＊
(1.河南师范大学 生命科学学院 , 河南省环境污染控制重点实验室 ,河南 新乡 453007;
2.中国科学院 水生生物研究所 淡水生态和生物技术国家重点实验室 ,武汉 430072)
摘　要:利用水族箱研究了伊乐藻和苦草对 0～ 200 mg · L-1硝氮胁迫的急性生理生化反应.结果表明:两者
的现存量在 0<硝氮≤25 mg · L -1时 ,均明显正增长 , 苦草的生长好于伊乐藻;在硝氮为 100～ 200 mg· L-1时 , 对其
生长有不很严重的抑制.在硝氮≤25 mg · L -1时 ,伊乐藻的净生产力变化较小 , 苦草的净生产力则随着硝氮浓度的
增加而缓慢增加 ,之后两者均缓慢下降;呼吸作用均无明显变化.随硝氮浓度的增加 , 两者的叶绿素含量在波动中缓
慢下降 ,敏感性较低;两者的可溶性蛋白浓度均为单峰曲线 ,伊乐藻和苦草的高峰值分别在硝氮为 100 和 25 mg ·
L-1时.SOD 和 POD活性的变化总趋势相近 , 随着胁迫浓度增加而增加 , 但在高浓度和较长时间胁迫下 ,其活性下
降 , POD活性比 SOD更容易下降.
关键词:伊乐藻;苦草;硝氮;胁迫
中图分类号:Q945.78;X171.5　　　　　　　　　　文献标识码:A
伊乐藻(Elodea nuttall ii (Planch)S t.John)原产北美 ,20世纪 80年代引入我国;苦草(Val li sneria na-
tans Hara)是分布广泛的多年生沉水植物 ,在我国长江中下游地区的湖泊中常成为优势种.两者均具有生长
较快 ,耐污性较强 ,可作为鱼虾的饵料等特点 ,在富营养水体的生态修复工程中常被作为先锋种使用.
富营养水体的高氮磷浓度是恢复水生植被时必须面对的问题 ,尤其是高氮胁迫对沉水植物有重要影响.
但沉水植物对高浓度氮胁迫耐性的定量研究仅有少数报道[ 1-3] .作者对两种植物在高浓度硝氮胁迫下的响
应特点进行了初步研究 ,为富营养水体的植被恢复提供依据.
1　实验方法
1.1　材料与处理
伊乐藻和苦草取自长期培养于室外的水泥池中.选择健壮植株 ,清洗 ,分别称取 15 g 左右 ,移入含有不
同 NO -3 -N 浓度的玻璃缸中 , 在室内向阳窗前培养.NO -3 -N 胁迫浓度梯度为 0 、1.56 、6.25 、25 、100 、
200 mg ·L-1 ,用 KNO 3配制.玻璃缸中还加有 Hoaglands 培养液所包含的 1/4浓度的微量元素和铁盐.另
加入磷酸盐 ,使各组的 PO 3-4 -P 的浓度为 0.02 mg ·L -1 ,以免出现缺磷胁迫.溶液 pH 调为 7.0.实验期间的
室温在 22 ～ 28 ℃间 ,每天补充蒸馏水弥补蒸发的量.
1.2　测试指标与方法
现存量增加的百分比计算:[实验 72 h后植物鲜重-(实验初始植物鲜重-取样量)] /(实验初始植物鲜
重-取样量).采用浸提法[ 4] 测定叶绿素含量;取样时间为 6 ,24 ,72 h.取样量为 0.2 g .用黑白瓶法[ 5] 测定生
产力;在处理 48 h后 ,选择外观一致的较健壮顶枝 ,吸干水后称 0.6 g ,分别放入装有相应培养液的黑白瓶中 ,
在 25 ℃、4 500 lx 光强下放置 4 h ,测定初始和结束时的溶解氧浓度 ,从而得到其总生产力(P g)、净生产力
收稿日期:2007-01-18
基金项目:国家十五重大科技专项(2002AA601021);河南省科技攻关项目(0624440039);淡水生态与生物技术国家重点
实验室开放课题
作者简介:马剑敏(1964-), 男 ,河南偃师人 , 河南师范大学教授 ,博士 , 主要从事污染与恢复生态学研究.
通讯作者:吴振斌 , 中国科学院水生生物研究所研究员 , 博士生导师 , w uzb@ibb.ac.cn.
DOI :10.16366/j.cnki.1000-2367.2007.03.024
(Pn)和呼吸强度(R).用 Bradford法[ 6] 测定可溶性蛋白浓度.取样时选择正常的顶枝 ,用蒸馏水冲洗并吸干
水 ,称重后入研钵 ,加入定量的 PBS(pH7.0)和少量石英砂 ,在冰上研磨 ,10 000 r ·min-1离心后留上清 ,放
入冰箱中 ,24 h内测定.取样时间为 6 ,24 ,72 h.用 NBT 法和邻苯三酚法[ 7] 分别测定 SOD和 POD.取样方法
和时间与测定可溶性蛋白浓度的相同.每个指标重复 3次 ,结果取平均值.
2　结果与分析
2.1　现存量增加百分比的变化
在硝氮胁迫下 ,伊乐藻现存量增加百分比的变化是一个单峰曲线(见图 1),高峰值在硝氮为25 mg ·L -1
时.在最高胁迫浓度时 ,现存量增加百分比明显低于对照.说明在硝
氮≤25 mg ·L-1时 ,促进伊乐藻生长 ,在硝氮为 200 mg · L-1时 ,对
其生长有抑制.对于苦草 ,高峰值在硝氮为 1.56 mg · L-1时 ,在硝氮
≤25 mg ·L-1时 ,促进苦草生长 ,在 200 mg ·L -1的硝氮胁迫下 ,其
生长受到抑制.两种植物相比 ,在硝氮≤25 mg ·L -1时 ,苦草的生长
好于伊乐藻 ,在更高的硝氮胁迫下 ,苦草对伊乐藻的优势不明显.
2.2　对光合与呼吸作用的影响
伊乐藻的生产力在硝氮≤25 mg ·L-1时较平稳 ,变化小 ,之后逐
步下降(图 2), Pn 在硝氮为 200 mg · L-1时小于 0 ,说明高浓度的硝
氮对伊乐藻光合作用有明显抑制.苦草的 Pg 和 P n在硝氮≤6.25 mg ·L -1时逐步上升 ,之后缓慢下降 ,但在
硝氮为 25 mg ·L -1时仍明显大于对照;P n在 100 ～ 200 mg · L-1的硝氮下 ,降至略小于 0(图 3),两者呼吸
作用均无明显变化.
2.3　对叶绿素含量的影响
由图 4和 5可知 ,两种植物叶绿素含量随硝氮浓度升高而变化的趋势是:6 h时波动中增加;24 h时先
升后降;72 h时高浓度下(>100 mg ·L-1)降低 ,而且苦草下降的更明显.说明随着胁迫时间的延长 ,叶绿素
含量下降的幅度增加.总体上看 ,除最强的胁迫外 ,叶绿素含量波动中稳定 ,对硝氮胁迫不很敏感.
2.4　对可溶性蛋白浓度的影响
伊乐藻和苦草的可溶性蛋白浓度分别在硝氮≤100和≤25mg ·L-1的各时段 ,波动中增加 ,然后略下降
(图 6和 7).但在最高硝氮浓度下 ,伊乐藻的可溶性蛋白浓度仍不低于对照 ,而苦草的除 6 h 的略高于对照
外 ,其它则明显低于对照.
2.5　对 SOD活性的影响
随着硝氮浓度的增加 ,伊乐藻的 SOD活性在 6 h时波动中保持稳定 ,24和 72 h 时酶活性逐步升高 ,在
硝氮≥6.25 mg ·L-1时升高较快(图 8);苦草的 SOD活性在 3个时刻除 72 h 时突然下降外 ,其它均逐渐增
加(图 9).24和 72 h 之间的酶活性差别较小.
2.6　对 POD活性的影响
随着硝氮浓度的升高 ,伊乐藻的POD活性在硝氮≤6.25 mg ·L-1时 ,波动中略有升高 ,3个时刻间无明
显差异 ,此后较明显地升高 ,但在 200 mg ·L -1和 72 h时下降.从胁迫时间上看 ,在硝氮≥6.25 mg ·L -1后 ,
24和 72 h的明显高于 6 h的 ,但在硝氮为 200 mg ·L-1时 ,以 6 h的活性最高(图 10).苦草的 POD活性在
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3个时刻均逐步升高 ,在硝氮为 100 mg · L-1时达高峰 ,以 24 h 时的活性为最高 ,此后明显下降.在硝氮<
100 mg ·L-1时 ,酶活性随胁迫时间延长略有增加(图 11).苦草的 POD活性远低于伊乐藻.
总体上看 POD与 SOD活性的变化趋势有较大的相似性.
3　讨　论
研究发现 ,不同的水生植物对硝氮和铵氮有不同的利用偏好[ 8 , 9] ,并推测植物的这种偏好可能与湖泊富
营养化进程中植被的演替有关[ 8] .在硝氮为 0 ～ 25 mg · L-1时 ,伊乐藻的现存量低于苦草 ,说明苦草对该浓
度下的硝氮有较好的利用能力.但在 100 ～ 200 mg ·L-1的硝氮下 ,这种优势不明显.此外 ,从测定各指标的
绝对值看 ,伊乐藻在总生产力 、叶绿素和蛋白质含量 、POD和 SOD活性等方面优于苦草 ,显示出伊乐藻有较
强的生活力.综合来看 ,在较低浓度硝氮的短期胁迫下 ,苦草略占优势 ,但在高浓度硝氮的较长时间胁迫下 ,
伊乐藻有可能占优势.然而 ,在自然湖泊中 ,除了营养盐的因素外 ,底泥 、光照等因素都会影响到植物的抗逆
能力.伊乐藻和苦草分别属于直立型和莲座型植物 ,在较弱的光照下 ,直立型植物会获得光合作用的优势从
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而在竞争中处于优势.因此 ,有时仅靠湖泊中营养盐的浓度来推测植物替代的方向可能是不全面的.
从氮对水生植物直接影响的角度来看 ,铵氮对水生植物的胁迫是主要的[ 10] .大型水生植物的多样性和
群落结构与氮负荷(硝氮和铵氮)显著相关[ 11] .鉴于硝氮对水生生物的毒性较小这种认识 ,所以硝氮对沉水
植物胁迫的定量研究更少受到关注.Best曾发现 ,105 mg ·L -1的硝氮对金鱼藻的生长及形态无影响[ 1] .这
与本研究中伊乐藻和苦草对硝氮胁迫的响应相近.说明自然水体中单纯的高硝氮浓度对伊乐藻和苦草的直
接影响是有限的.该结果对于适于富营养湖泊中生长的植物来讲是适用的;但是对适于生活在贫营养湖泊的
水生植物则不能任意推广.Robe等发现 ,当水中有高浓度的 NO -3 时 ,喜好生长于贫营养湖泊中的莲座型植
物 Lit torel la uni f lora 无法反馈抑制 NO -3 的吸收 ,从而使得 NO -3 在体内积累而导致其生长受到严重抑
制[ 3] .需要注意得是 ,虽然较高浓度的硝氮对一些沉水植物的直接影响可能不大 ,但它可通过刺激浮游植物
大量生长等效应造成水质恶化而间接影响沉水植物.
参　考　文　献
[ 1] 　 Best E P H .Effect s of ni t rogen on the grow th and nit rogen ou s compounds of Ceratophyllum demersum [ J] .Aquat Bot , 1980 , 8:197-
206.
[ 2] 　曹　特 ,倪乐意.金鱼藻抗氧化酶对水体无机氮升高的响应 [ J] .水生生物学报 , 2004 , 28(3):299-303.
[ 3] 　 Rob e WE , Griff iths H .The impact of NO 3-loading on the f reshw ater macrophy te Lit torella unif lora:N ut ilizat ion st rategy in a slow-
grow ing species f rom oligot rophic habitat s [ J] .Oecologia , 1994 , 100:368-378.
[ 4] 　龚富生 ,张嘉宝.植物生理学实验 [ M] .北京:气象出版社 , 1995.
[ 5] 　金相灿 ,屠清瑛.湖泊富营养化调查规范 [ M] .第 2版.北京:中国环境科学出版社 , 1990.
[ 6] 　张龙翔.生化实验方法和技术 [ M] .第 2版.北京:高等教育出版社 , 1997.
[ 7] 　陈建勋 ,王晓峰.植物生理学实验指导 [ M] .广州:华南理工大学出版社 , 2002.
[ 8] 　 S chuu rkes JAAR , Kok C J , Hartog D C.Ammonium and nit rate u ptake by aquatic plants f rom poo rly buf fered and acidi fied w aters [ J] .
Aquat Bot , 1986 , 24:131-146.
[ 9] 　 Nich ols D S , Keeney D R.Nit rogen nu t ri ti on of Myriophyllum spicatum:uptake an d t ran slocation of N15 by shoots and roots [ J] .
Freshw ater Biol , 1976 , 6:145-154.
[ 10] 　Farnsw orth-Lee and Bak er L A.Conceptual model of aquatic plan t decay and ammonia toxicity for shal low lak es [ J] .J Envi ron E ng ,
2000 , 126:199-207.
[ 11] 　Tracy M , Mon tante J M , Allenson T E , et al.Long-term respon ses of aquatic macrophyte diversi ty and community s t ru cture to variation
in nit rogen loading [ J] .Plant Ph ysiology and Biochemist ry , 2003 , 41(4):391-397.
Responses of Elodea nuttallii and Vallisneria natans to the Stress of Nitrate
MA Jian-min1 , JIN Tong-xia1 ,JIN Ping 1 , CH EN Shui-ping2 , HE Feng 2 , WU Juan2 , WU Zhen-bin3＊
(1.Col lege of Life S cien ces , H enan Normal University , Xinxiang 453007, China;2.H ydrobiology In sti tute , th e Chinese
Academy of Sciences , State Key Laboratory of F reshw ater Ecology and Biotechnology , Wuhan 430072 , C hina)
Abstract:Acute phy siological and bio chemical response s of E lodea nuttallii and Vallisneria natans to e xternal NO-3 -N
(0～ 200 mg· L-1)were studied in an aquarium experiment.When [ NO -3-N] was among 0～ 25 mg · L-1 , standing crops o f
the plants increased ma rkedly compared to the contro l.V.natans g rew better than E.nuttalli i.When [ NO-3 -N] was among
100 ～ 200 mg · L -1 , the plants wer e no t inhibited very seriously.When [ NO-3 -N] ≤25 mg· L-1 , net productivity of E.nut-
talli i changed a little , w hile net productivity o f V.natans increased slow ly w ith increa sing concentra tion of NO-3 -N , and then
bo th of them decreased slow ly.Respira tions o f the plants didnt change obviously.Chlo rophyll contents of the plants decrea sed
wavily and slowly w ith increasing concentr ation o f NO-3 -N , and w ere w eak sensibility to nitr ate.The curves o f their so luble
protein concentrations w ere single peak curves.The peak values o f E.nuttallii and V.natans were at 100 and 25 mg · L -1
NO -3-N , respec tively.The change trends of POD(pero xidase)and SOD(super oxide dismuta se)activitie s wer e similar.Ac tiv-
ities of the tw o kinds enzyme inc reased with increasing concentration o f NO -3-N , but decreased when concentr ation of NO -3-N
was high and experiment lasted long.The ac tivity of POD decreased mo re easily than tha t o f SOD.
Key words:Elodea nuttal lii ;Vallisneria natans;NO-3 -N;stress
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