全 文 ：第31卷
收稿日期:2007-07-05;修回2007-08-25
基金项目:长江水环境教育部重点实验室开放基金资助(YRWEF06002)
作者简介:邵留(1980-) ,女,博士研究生,研究方向为水处理;*通讯作者,(电话)021-65686991(电子信箱)shenanglv@163.com。
由于工农业污水排放等原因导致很多河流中氮
磷等营养物质偏高,河流富营养化日趋严重,加上航
道疏浚、水利设施等修建又加大了河流的混浊度,使
得水体悬沙含量上升。单纯的物理和化学处理已经不
能很好的满足水体修复,因此利用沉水植物进行河流
的生态修复成为水体富营养化防治的热点之一。目前
河口地区水体中悬沙的含量普遍较高,在湖泊、河流
的生态修复工程中,沉水植物的恢复是水体从藻型水
体向草型水体转变的关键,因此研究不同浓度的悬沙
对沉水植物的影响具有较高的应用价值。国内外学者
在悬沙对水生生物的影响方面做了一定的研究,其中
研究发现悬沙对鱼类[1]、浮游植物[2-3]、浮游动物[4-5]和
蟹类[9]等均有一定程度影响,但有关悬沙对沉水植物
影响的文章却鲜见报道。细叶蜈蚣草(Egeria najas)
属于水鳖科蜈蚣草属,是一种广泛分布在南美一带的
沉水植物,后作为一种观赏性水草引入中国,沉水植
物细叶蜈蚣草具有净化水质的功能已得到多方研究
的证实[6-7]。本文旨在通过悬沙对细叶蜈蚣草营养生
殖、叶绿素、抗氧化酶等系统研究,为水生植物研究和
在富营养水体中种植沉水植物提供科学依据。
1 材料与方法
1.1实验材料
细叶蜈蚣草购自上海市杨浦区本溪路花鸟市场,玻
璃缸内暂养24h,挑选发育良好的植株作为试验材料。
1.2试验方法
(1)悬沙的处理 :试验用悬沙系长江口疏浚工地
细叶蜈蚣草对悬沙胁迫的生理生态学研究
邵留 1, 沈盎绿 2*
(1.同济大学环境科学与工程学院,上海 200092;
2.农业部海洋与河口渔业重点开放实验室,中国水产科学研究院东海水产研究所,上海 200090)
摘 要:研究了悬沙对细叶蜈蚣草(Egeria nojas)营养生殖、叶绿素、抗氧化酶(超氧化物歧化酶和过氧化氢酶)等影响。实验结果表
明:悬沙处理96h后,各组细叶蜈蚣草断枝均能发芽,其发芽率均在60%以上,悬沙浓度<4.0g/L时,断枝新芽生长较好,悬沙浓度>6.0g/
L时,新芽生长受到影响;各组细叶蜈蚣草叶片的叶绿素a和叶绿素b以及总叶绿素含量均相差不大,叶绿素 a/b值都在 2.50以上,属
于正常范围,变化幅度不大;各试验组中细叶蜈蚣草SOD和CAT相差不大,相对比较稳定,受到影响较小。因此,细叶蜈蚣草对悬沙胁
迫具有较好的抗逆性,是一种在含沙量较高水体的生态修复实践中具有良好应用前景的水生植物。
关键词:细叶蜈蚣草; 悬沙; 营养生殖; 超氧化物歧化酶; 过氧化氢酶
中图分类号:X171文献标识码:A 文章编号:1003-6504(2008)03-0008-04
Physiological Ecology of Egeria najas Stressed by Suspended Silt
SHAO Liu1, SHEN Ang-lv2*
(1.School of Environmental Science and Engineering,Tongji University,Shanghai 200092, China;
2.Key and Open Laboratory of Marine and Estuarine Fisheries of Ministry of Agriculture,East China Sea Fi heries
Research Institute,Chinese Academy of Fishery Sciences,Shanghai 200090, China)
Abstracts:The effect of gamogenesis,chl rophyll,superoxide dismutase(SOD)and catalase(CAT)of Egeria najas by
different concentrations of suspended silt was studied. Results showed that after 96h by suspended silt,the shoot fragment
could germinate in all groups with germination rate of shoot fragment up to 60%. The growth of sprout at concentration of
suspended silt under 4.0g/L was better than that at concentration of suspended silt above 6.0g/L. The content of chlorophyll
a,chlorophyll b and the whole chlorophyll in Egeria najas had no significant difference,with ratio of chlorophyll a and b
above 2.50. SOD and CAT of Egeria najas in all groups had no significant difference either,and the effect of suspended s lt
was little. It was concluded that Egeria najas which had good endurance stressed by suspended silt could be a good aquatic
plant in ecology restoration.
Key words:Egeria najas;suspended silt;gamogenesis;superoxide dismutase(SOD) ;catalase(CAT)
Environmental Science & Technology
第31卷 第3期
2008年3月
Vol. 31 No.3
Mar. 2008
第3期
的底泥。泥样混合后经105℃烘至恒重,用研钵经粗
研后过340目的筛选,取粒度为40μm的粉沙存于干
燥皿中备用。
(2)试验设计:悬沙设置 5个浓度梯度,即 2.0,
4.0,6.0,8.0,10.0g/L,以曝气自来水作为空白对照,水
温为18℃±2℃,水下10cm处光照强度分别700、600、
500、300、200和 900Lx,每组随机选取 20根 5cm的
断枝放入水族缸中(35cm×30cm×20cm),96h后测定
断枝发芽的个数、长度以及新鲜芽体的总重量,同时
测定断枝不定根的个数;设置同样浓度梯度的悬沙处
理液,每组选取植株大小一致的细叶蜈蚣草30株放
入体积为70L的水族缸中,96h后测定细叶蜈蚣草叶
片叶绿素、超氧化物岐化酶(SOD)和过氧化氢酶
(CAT)的活性,平行测定三次。
(3)水下光照强度的测定:水下光照强度的测定
用用JD-1A型数字照度计检测。
(4)叶绿素含量的测定:叶绿素含量采用三色法测
定[8]。其中计算公式如下:
Ca=13.95D665-6.88D649
Cb=24.96D649-7.32D665
Cxc=(1000D470-2.05Ca-114.8Cb)/245
式中Ca、Cb和Cxc-叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜
素的浓度,三者之和为总叶绿素浓度;
D665、D649和 D470-叶绿体色素提取液在波长
665nm、649nm和470nm下的吸光度。
求得色素的浓度后再按下式计算各色素的含量
(用每克鲜重所含毫克数表示):
叶绿体色素含量=(色素浓度(C)×提取液体积)/
样品鲜重
(5)SOD和 CAT的活性的测定:参照李合生等[8]
的方法测定。SOD活性,根据SOD抑制对氯化硝基四
氮唑蓝(NBT)光还原的性质测定酶活性,以每小时抑
制NBT光还原50%作为一个酶活单位,沉水植物的
酶活性以每克鲜重植物所含酶活单位计数,最后跟单
位重量的蛋白质含量比值作为 SOD比活力(U/
mgprot)表示。CAT活性用高锰酸钾滴定法测定,酶活
性以每克鲜重样1min内分解H2O2的毫克数计数,以
mg/(g·min)表示。
1.3 数据处理与分析
数据以平均值±标准差(X±SE)表示;实验结果利
用SPSS11.5软件包进行处理,在单因素方差分析的基
础上,采用Duncan多重比较法检验组间差异(P<0.05)。
2 结果与分析
2.1 悬沙对细叶蜈蚣草断枝生殖的影响
营养繁殖是沉水植物主要的繁殖方式之一,对于
扩大沉水植物的种群、改善水环境质量具有非常重要
的意义。悬沙对细叶蜈蚣草断枝生殖的影响可以通过
断枝新芽的发芽率、新芽长度、新芽重量以及断枝生
殖过程中不定根的发生情况等指标来表示。经过96h
的处理,从图 1可知,所有实验组中的细叶蜈蚣草断
枝发芽率较高,均在60%以上,说明一定浓度范围内,
悬沙对细叶蜈蚣草断枝的发芽影响不大,从另一方面
说明沉水植物无性繁殖适应环境能力强。由表 1可
知,悬沙浓度为2g/L、4g/L和对照组中的新芽平均长
度都在 1.5cm以上,而其差异不明显(P>0.05),但这
三组均明显大于其他处理组(P<0.05),悬沙浓度最大
的处理组中新芽平均长度则最小,与其他组的差异也
明显(P<0.05);从图 2可以看出,各组中的新芽平均
重量的变化趋势也类似,由此说明较高浓度的悬沙对
细叶蜈蚣草断枝发芽后的生长影响较大。出现此现象
的原因是:当悬沙浓度较低时,植物新芽通过拼命向
四周伸展,以获取更多的营养和光照来维持生长需
要,因此与对照组新芽长度差异不大;当悬沙浓度超
过植物所能承受的阈值后,植物的生长受到明显的抑
制,新芽长度也就明显变短。
邵留,等 细叶蜈蚣草对悬沙胁迫的生理生态学研究
悬沙(g/L) 0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0
长度(cm) 1.86±0.16a 1.65±0.15a 1.93±0.12a 1.13±0.05b 1.21±0.10b 0.54±0.05c
表1 悬沙对细叶蜈蚣草断枝新芽长度的影响
Table1 EffectsofsuspendedsiltonthelengthoftheshootfragmentofEgerianajasafter96h
注:表中同一行数据不同上标字母代表有显著差异,即上标a与上标b相差显著,与上标c相差更显著(P<0.05)。
9
第31卷
2.2 悬沙对细叶蜈蚣草叶绿素的影响
植物叶片是光合作用的主要器官,而叶绿体是光
合作用的重要细胞器,叶绿体色素主要包括叶绿素a、
叶绿素 b和类胡萝卜素,因此,叶绿素含量的高低将
直接决定植物光合作用的强弱。通常测定叶绿素含量
以表征植物生长状况,叶绿素a/b值可作为叶片衰老
的重要指标,a/b值的增加说明了叶绿素 a含量下降
速度低于叶绿素b含量的下降速度,因为在光合色素
中,叶绿素 a参与光反应的中心色素,因而其含量的
高低对光合作用更为重要[9]。
由表 2可知,悬沙处理 96h后,各组细叶蜈蚣草
叶片的叶绿素 a和叶绿素 b以及总叶绿素含量均相
差不大,叶绿素a/b值都在2.50以上,属于正常范围,
随着悬沙处理浓度的增加,叶绿素a/b值先上升后下
降,变化幅度不大,说明在短时间内悬沙对细叶蜈蚣
草叶绿素的影响不明显,细叶蜈蚣草对悬沙胁迫有较
好的耐受能力。
2.3 悬沙对细叶蜈蚣草抗氧化酶特性的影响
从表 3可以看出,悬沙处理 24h后,各试验组中
细叶蜈蚣草 SOD比活力相差不明显(P>0.05);悬沙
处理48h后,虽然个别试验组中细叶蜈蚣草 SOD比
活力略有不同,但来看相差不大,比 24h时整体有所
上升,说明一定时间的悬沙处理对细叶蜈蚣草的抗氧
化酶系统产生影响,出现“毒理兴奋效应”;悬沙处理
96h后,各试验组中细叶蜈蚣草SOD比活力相差程度
不大,细叶蜈蚣草SOD比活力比48h时有所下降,说
明细叶蜈蚣草已经初步适应了这种环境,抗氧化酶系
统趋于稳定,因此可以说在一定浓度的悬沙(<10g/L)
处理对细叶蜈蚣草SOD比活力影响不大。由表4可
知,悬沙处理 96h内,虽然个别试验组中细叶蜈蚣草
CAT酶活性略有不同,但来看相差不大,整体来说,在
悬沙处理的96h内,细叶蜈蚣草体内CAT相对比较
稳定,受到影响较小。
3 讨论
3.1 悬沙对水生生物的影响研究比较
最近几年随着国内江河航道疏浚工程的开展,在
工程实施过程中悬沙产生量也较大,另外暴雨等不利
天气因素导致江河洪水的形成也是江河水体中悬沙
含量上升的一个重要因素,因此江河中悬沙对水生生
物的影响也不可小视,BissonPA研究表明硬头鳟
(Salmogairdneri)遇到浑浊水域时在5min内就会迅
速表现出回避反应[1],徐兆礼等研究指出长江口疏浚
弃土悬沙对微绿球藻(Nannochloropsisoculata)和牟
氏角毛藻(Chaetocerosmueleri)的生长有一定的抑制
作用,王金秋等研究发现长江口疏浚弃土悬沙对褶皱
臂尾轮虫(Brachionusplicatilis)的生长有一定的负面
影响[2]。本次实验结果表明,悬沙浓度在0~10.0g/L范
围内,细叶蜈蚣草均能正常发芽,发芽率均在 60%以
上,说明悬沙对细叶蜈蚣草的发芽影响不大,细叶蜈
蚣草对悬沙胁迫显示出较强的耐受能力。另外,当悬沙
浓度超过6.0g/L时,细叶蜈蚣草新芽的长度和重量均
出现明显下降,表明在悬沙浓度超过6.0g/L的水域内
不适宜选择细叶蜈蚣草作为水体修复的植物种类。目
前,大多数水体中悬沙浓度一般均在6.0g/L之内,因
此细叶蜈蚣草仍可以作为水体生态修复的植物种类。
3.2 悬沙对沉水植物的生态胁迫效应
由于水环境压力,沉水植物的有性繁殖常常受到
限制,而营养繁殖在这种生境中却能充分发挥作用,
可迅速地占据生境,因而绝大多数沉水植物都选择营
养繁殖作为扩大种群的主要手段。本研究发现不同浓
度的悬沙处理对细叶蜈蚣草的断枝生殖发芽影响不
大,但是随着悬沙处理浓度达到一定范围(>6.0mg/L)
时芽体的进一步生长却受到较大影响,悬沙浓度最大
表2 悬沙对细叶蜈蚣草叶绿素的影响
Table2 Effectsofsuspendedsiltonthechlorophylof
Egerianajasafter96h
悬沙浓度
(g/L)
叶绿素a
(mg/g)
叶绿素b
(mg/g)
总叶绿素
(mg/g)
叶绿素
a/b值
0.0 0.86±0.05ab 0.33±0.02a 1.50±0.09ab 2.58
2.0 0.93±0.09ab 0.33±0.03a 1.62±0.14ab 2.76
4.0 0.81±0.03b 0.26±0.02b 1.36±0.04b 3.06
6.0 0.95±0.01ab 0.32±0.01ab 1.61±0.01ab 3.00
8.0 0.96±0.03ab 0.33±0.01a 1.62±0.03ab 2.90
10.0 0.99±0.05a 0.35±0.01a 1.69±0.06a 2.83
注:表中同一列数据不同上标字母代表有显著差异,即上标a与上标b
相差显著,与上标c相差更显著(P<0.05)。
表3 悬沙对细叶蜈蚣草SOD酶活性的影响
Table3 EffectsofSODofEgerianajasbysuspendedsilt
悬沙浓度
(g/L)
24h后SOD比活
力(U/mgprot)
48h后SOD比活
力(U/mgprot)
96h后SOD比活
力(U/mgprot)
0.0 20.41±3.81a 37.44±4.77a 21.94±2.03ab
6.0 20.39±5.36a 31.30±3.50ab 28.51±1.22b
8.0 25.20±2.52a 26.91±5.64b 26.91±4.51ab
10.0 27.13±1.22a 32.93±1.30ab 17.86±0.87a
2.0 19.49±3.19a 30.59±2.77ab 21.78±5.13ab
4.0 19.58±4.05a 33.66±2.35ab 19.09±1.89ab
注:表中同一列数据不同上标字母代表有显著差异,即上标a与上标b
相差显著,与上标c相差更显著(P<0.05)。
表4 悬沙对细叶蜈蚣草CAT酶活性的影响
Table4 EffectsofCATofEgerianajasbysuspendedsilt
注:表中同一列数据不同上标字母代表有显著差异,即上标a与上标b
相差显著,与上标c相差更显著(P<0.05)。
悬沙浓度
(g/L)
24h后CAT
(mg/(g·min)
48h后CAT
(mg/(g·min)
96h后CAT
(mg/(g·min)
0.0 22.95±0.24ab 22.38±0.37a 21.67±0.25a
6.0 20.54±0.51c 18.98±0.28a 15.30±0.25c
8.0 23.80±0.25a 19.55±0.37b 21.39±0.28a
10.0 19.26±0.14d 21.91±1.53b 19.40±0.56b
2.0 22.67±0.28b 22.38±0.14a 21.39±0.51a
4.0 21.25±0.50c 24.23±0.01a 19.55±0.49b
10
第3期
的处理组中新芽平均长度则最小,只有(0.54±0.05)cm。
悬沙对沉水植物的影响主要有以下两种途径,一
是由于悬沙颗粒对光的折射及散射等效应,导致水体
的透明度降低,从而使植物光合作用受影响,二是悬
沙粘附在植物表面,作为一个物理屏障,阻碍了水中
的气体交换,从而影响植物的生长发育。沉水植物的生
长受到透明度、光照强度等因素的限制,当光照强度小
于植物的光补偿点时沉水植物群落无法正常形成。所
以悬沙对沉水植物的最直接的影响在于影响水体的
透明度,进而影响水体光照强度。本次试验中10.0g/L
浓度组水下 10cm处光照强度为 200Lx,8.0g/L浓度
组水下10cm处光照强度为300Lx,有人在研究得出
蓖齿眼子菜的光补偿点随水温的增加而升高,最低的
光补偿点为358Lx,水下光照低于358Lx对蓖齿眼子
菜发育生长不利[10],因此,很有可能细叶蜈蚣草的光
补偿点大致在300Lx左右,所以由于悬沙造成的光
照问题不足以对细叶蜈蚣草造成致命的影响。
3.3 悬沙对沉水植物的生理胁迫效应
SOD是沉水植物中普遍存在的一种含金属的酶,
将活性氧自由基歧化成H2O2,CAT是一种含 Fe的血
蛋白酶类,能催化H2O2分解成水和氧及其他的活性
氧自由基,SOD、CAT与其他诸如过氧化物酶、谷胱甘
肽还原酶等组成了抗氧化系统,能有效的消除活性
氧,防止细胞膜系统过氧化作用的发生[11]。一旦环境
条件发生改变,有外源因子胁迫时,植物体内的SOD、
CAT就会发生变化,CAT活性变化情况和SOD变化
相一致[12],本次试验中发现,96h内悬沙对细叶蜈蚣草
的SOD和CAT影响不大,对悬沙胁迫的反应不明显,
结合悬沙对细叶蜈蚣草营养生殖、叶片叶绿素等综合
影响,一定范围(<6.0mg/L)的悬沙胁迫对细叶蜈蚣草
的生理生态影响不明显,在含沙量较高的水体进行水
生生态系统重建时细叶蜈蚣草可以发挥重要作用。
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