全 文 ：水培蕹菜与微型生物种群的相互影响
阚元卿1，孙 凌2* ，张 滢2 (1．天津市环境保护科学研究院，天津 300191;2．天津师范大学生命科学学院，天津市动植物抗性重点实验
室，天津 300387)
摘要 ［目的］研究水蕹菜与蓝藻、绿藻和轮虫之间的关系及净水机制。［方法］以水蕹菜为试验材料，利用水培生态模拟的方法将小球
藻、斜生栅藻、铜绿微囊藻和蛭形轮虫添加到水蕹菜培养液中，通过测定水蕹菜的生长指标、微型生物种群变化以及营养液内的营养消
耗状况，研究水蕹菜同微型生物种群间的相互作用。［结果］水蕹菜苗株根系发育到一定阶段，主根生长停滞而侧根大量萌出，营养吸
收效率增大。当初始接种浓度为 10． 0 ×104 cells /ml时，小球藻刺激水蕹菜快速生长，根系及茎叶系统发达茂密，但后期高密度小球藻的
营养竞争则导致水蕹菜生长减缓。混合藻的竞争及化感作用限制了水蕹菜根系发展。蛭形轮虫繁殖产生的摄食压力对铜绿微囊藻影
响较小，却抑制了斜生栅藻的生长。蛭形轮虫的粘附及摄食作用对水蕹菜根系的影响明显，导致茎叶系统发育不良，生物量下降。［结
论］该研究可为鱼虾菜生态养殖模式的推广应用提供数据支持。
关键词 水蕹菜;浮游藻类;轮虫;水培;生长特性
中图分类号 S181． 3 文献标识码 A 文章编号 0517 －6611(2014)03 －00779 －04
Interactions between Ipomoea aquatica in Hydroponic Culture and Microbial Populations
KAN Yuan-qing et al (Tianjin Academy of Environmental Sciences，Tianjin 300191)
Abstract ［Objective］The research aimed to study water purification mechanism of Ipomoea aquatica and the correlations between I． aquati-
ca and cyanobacteria，green algae and rotifer． ［Method］Taking Ipomoea aquatica as test materials，Chlorella vulgaris，Scenedesmus obliquus，
Microcystis aeroginosa and Adineta vaga were added in the water culture solution of I． aquatica by hydroponic ecological simulation method．
The growth characteristics of I． aquatica，changes of microbial populations and the consumption situations of nutrients in the nutritional solution
were determined． The interactions between I． aquatica and microbial population were studied． ［Ｒesult］When the growth development of I．
aquatica seedlings reached certain stage，the main root of I． aquatica seedlings stopped growing and the lateral root developed rapidly with high
adsorption efficiency of nutrients． When the initial inoculation concentration was 10． 0 × 104 cells /ml，C． vulgaris simulated the rapid growth of
I． aquatica and root，stem and leaves rapidly developed． In late stage，the nutrient competition of high-density C． vulgaris inhibited the
growth of I． aquatica． The competition and allelopathic effects of mixed algae restrained the root growth of I． aquatica． The feeding pressure
produced by the propagation of A． vaga had less influences on M． aeroginosa，but it inhibited the growth of S． obliquus． The adhesive and
feeding effects of A． vaga had obvious effects on the root of I． aquatica，which inhibited the growth of stem and leaf system and decreased the
biomass． ［Conclusion］The research could provide data support for the popularization and application of fish-shrimp-vegetables ecological cul-
ture model．
Key words Ipomoea aquatica;Phytoplankton;Ｒotifer;Hydroponic culture;Growth characteristics
基金项目 天津市动植物抗性重点实验室基金资助项目(52XS1209) ;
天津市农业科技成果转化与推广项目(201001040) ;天津师
范大学博士基金项目(52LX30)。
作者简介 阚元卿(1980 －) ，男，江苏无锡人，工程师，从事水污染防治
及环境影响评价研究。* 通讯作者，讲师，博士，从事水污
染防治与藻类生态研究。
收稿日期 2014-01-02
作为水产养殖大国，我国的水产品产量连年位居世界前
列。高密度池塘养殖模式所引发的水体富营养化及养殖废
水排放所产生的环境污染却呈现加剧态势，严重制约着水产
业的健康发展。针对养殖水域营养过剩及水质恶化的现象，
研究人员将研究目光投向高效生物修复技术的应用。在养
殖水净化工艺中，微生物、藻类、动植物等充分发挥着各自优
势，以达到污染生物防治调控的目的。目前，在优良物种的
筛选及其净化效率的研究方面已初具成效［1 －3］。其中，高等
维管束植物以其高效的营养吸收且易于采收等优良特性倍
受关注［4 －5］。
鱼虾菜生态循环养殖系统的建立，旨在利用富营养化养
殖水面培植浮床水生蔬菜，借助蔬菜的净水机制，减少水体
中的氮磷营养含量，并促进利于经济水产动物生存繁衍的浮
游微藻种群发展，在改善水质防治病害的同时，还可以提高
鱼虾产量并产出绿色蔬菜，提高附加经济价值［6］。旋花科水
蕹菜(Ipomoea aquatica)是一种生长繁殖快、耐受性强、净水
效率高的优良植物［7］。作为一种夏秋季的重要蔬菜，它兼具
营养及药用价值。在养殖池塘水面蕹菜栽培试验研究中，已
发现其在改善养殖水浮游生物尤其是藻类群落结构中具有
一定作用［8 －9］。水生微型生物主要包括细菌、真菌、藻类、原
生动物、轮虫以及浮游甲壳动物等。它们对环境条件的变化
反应敏感，常被用于反映水生生态系统的结构及功能。笔者
以水蕹菜作为试验材料，利用水培生态模拟的方法，选择北
方养殖水域常见的微型生物种类添加至水蕹菜培养液中，通
过对水蕹菜的生长指标、微型生物种群变化以及营养液内的
营养消耗状况进行测定，研究蕹菜与蓝、绿藻和轮虫间的关
系及净水机制，从而为鱼虾菜生态养殖模式的推广应用提供
数据支持。
1 材料与方法
1． 1 试验材料 试验用水蕹菜(Ipomoea aquatica)种子由天
津市水产技术推广站提供，系自泰国引进的绿杆、柳叶、白花
优质品系。在恒温光照培养箱内，将同批次种子搁置于培养
皿内，待初生叶片完全萌出后，转至水培营养液内进行初培，
待水蕹菜植株全长达到约15 cm备用。小球藻(Chlorella vul-
garis)、斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)、铜绿微囊藻(Micro-
cystis aeroginosa)由中国科学院武汉水生生物研究所提供。
蛭形轮虫(Adineta vaga)自天津市西青区鱼虾混养池塘内分
离纯化得到。
安徽农业科学，Journal of Anhui Agri． Sci． 2014，42(3):779 － 782 责任编辑 陈玉敏 责任校对 卢瑶
DOI:10.13989/j.cnki.0517-6611.2014.03.026
1． 2 主要试剂 水培营养液用分析纯营养盐与蒸馏水配制
而成。营养液内 KNO3、KH2PO4、Ca(NO3)2、MgSO4 浓度分别
设置为 100． 0、5． 0、187． 0、50． 0、50． 0 mg /L，FeC6H5O7、
H3BO3、MnCl2、ZnSO4、Na2MoO4、CuSO4 和 CoCl2 浓度分别为
10． 0、0． 3、0． 2、0． 05、0． 5、0． 05和 0． 05 mg /L。
1． 3 试验方法 试验时间为 2012年 12月 20日至 2013年 1
月 4日，共持续 15 d。试验共设置 A ～ G 7组处理，A组中不
放置水蕹菜植株，接入小球藻初始密度为10． 0 ×104cells /ml;
B ～ G组内均置入备用蕹菜，其中 B组营养液内未接入任何
藻种，C、D、E 组中接入小球藻初始密度分别为 5． 0 × 104、
10． 0 ×104、20． 0 ×104 cells /ml，F、G组中均接入混合藻液:斜
生栅藻 4． 0 ×104 cells /ml 与铜绿微囊藻 15． 0 × 104 cells /ml，
而 F组另接入轮虫初始密度为 50 ind． /ml。每组处理设置 3
个平行样。用盛有 100 ml 营养液的小烧杯在恒温光照培养
箱内展开培养，杯口除中央的植物茎秆部分均用 PE膜封闭，
以防水分过度蒸发。恒温箱内光照强度为 8 000 lx，水温为
(25 ±1)℃，光暗比为 12 h∶12 h。每隔 5 d 测试植物生物量、
株高、根长、叶长、叶片数、分蘖状况等生长指标及培养液内
总氮、总磷等理化参数。其中，总氮测定采用碱性过硫酸钾
紫外分光光度法，总磷测定采用钼蓝法［10］。每 3 d用血球计
数板计数藻类密度，用 0． 1 ml规格浮游生物计数框计数轮虫
密度。试验数据采用 SPSS 14． 0 统计软件进行数据统计与
分析。
2 结果与分析
2． 1 水蕹菜的根长分析 相比于陆生植物，水培植物根系
的固着与支持功能在水环境内已逐渐弱化，主要为植物生长
供给充足的水分与营养，而根际微型生物的滋生与影响也不
容忽视［11］。从图 1可以看出，试验前 5 d各处理组内水蕹菜
根长增长量无明显差异。试验中后期，浮游生物增殖迅速，
所产生的影响逐渐显现，水蕹菜根长差异逐步扩大。与对照
相比，伴随小球藻接种浓度的增加，水蕹菜根长增长量明显
呈现增大趋势。影响植物根系发展的诸多因素中，营养状况
是主导因素之一［7］。营养物质多以无机离子或分子的形式
被植物吸收利用。浮游微藻虽不具有维管结构，却拥有惊人
的营养吸收及细胞增殖效率，其光合固碳及蛋白合成作用甚
至对整个生物界影响都极为重大。营养竞争所导致的后期
营养供给相对不足，应是 B ～ E组根长差异的主因。根长增
长较快的 D、E组中，后期根长变化趋缓。水培初期，水蕹菜
苗直根系明显，主根增长迅速。但发育到一定阶段后，主根
生长停滞或衰亡，侧根大量萌出，根重增长明显，更有利于对
水环境中营养的吸收利用。在接种蓝藻门铜绿微囊藻和绿
藻门斜生栅藻混合藻种的 F、G组处理中，水蕹菜根系伸长则
呈现变缓受抑状况，尤其是接种蛭形轮虫的 G 组，后期根长
增长几乎停滞。蛭形轮虫在水体中多营底栖或附着生活，常
以足腺分泌物黏着在蕹菜根系表面作绕转或伸缩推移，主要
以细菌、微藻或是有机碎屑为食，其粘附及摄食作用对作物
根系产生一定影响。混合藻类的营养竞争及化感作用也限
制了水蕹菜根系生长。
图 1 不同处理内水蕹菜根长变化
2． 2 水蕹菜株高分析 整个试验期，B ～ G组水培溶液中水
蕹菜均呈现明显生长态势。从图 2可以看出，对照 B组反映
了水蕹菜未受浮游生物干扰时的生长状况:前 10 d水蕹菜株
高直线增长，末期增长速率略减。C ～ E 组小球藻接种密度
逐渐升高，前 5 d C 组水蕹菜株高变化与对照无明显差异，
D、E组增高量相比较低，应为较高密度小球藻接种对初期株
高增长产生一定抑制，而 C组因藻密度较小作用并不明显。
试验中后期，株高变化差异更加显著。C组水蕹菜株高增长
平稳趋缓，D组植株迅速增高甚至超过对照组，随后呈缓增
趋势。E组植物株高增幅试验前后较为一致，这说明水蕹菜
能够逐步适应小球藻的竞争，在一定浓度的小球藻刺激下水
蕹菜会加速生长，但高密度小球藻的后期生长则导致株高增
长减缓。相同接种密度的蓝、绿藻混培养 F、G 组处理中，蛭
形轮虫的引入(G组)导致水蕹菜的株高增长相较于其他处
理组，从试验初期就一直明显偏低。
图 2 不同处理内水蕹菜株高的变化
2． 3 水蕹菜叶长分析 叶片是植物进行光合合成的重要
器官，叶面积或叶长大小能够反映植物的生长状况，也对作
物产量产生直接影响。从图 3可以看出，试验期内各处理组
水蕹菜植株的最大叶长一直呈现增长趋势，但增长率并不稳
定，尤其是在试验中后期差异显著。除 D 组外，其他处理组
最大叶长状况均差于对照，与水蕹菜株高增长状况接近。小
球藻处理组(C ～ E组)最大叶长明显高于混合藻处理组(F、
G组)。结果表明混合藻处理组在试验末期，叶片脱落现象
明显，脱落叶片数与其他处理组间存在显著差异。当水培营
养液内轮虫密度增高到一定限度(约达 200 ind /ml)时(末期
5 d内) ，明显会对水蕹菜叶片生长产生抑制作用。
2． 4 水蕹菜生物量的变化 由表 2可知，接种了 10． 0 × 104
cells /ml小球藻的 D组内作物生长状况最优，根系发达，茎叶
087 安徽农业科学 2014 年
图 3 不同处理内水蕹菜最大叶长的比较
茂盛，总生物量远远超过其他处理。接种量倍增后，小球藻
对水蕹菜生长的促进作用则不再显现，根系虽不断伸长(图
1) ，但根重偏低，茎叶系统反而因后期营养竞争而受到明显
抑制。蓝、绿藻混合培养液内，水蕹菜因为蛭形轮虫的大肆
繁殖，根系发展受到影响，导致茎叶系统发育不良，试验末出
现老叶大量脱落现象，总生物量减低。
表 2 试验末期水蕹菜植株生长参数的比较 g
组别 根重 茎叶重 总生物量
B 0． 26 ±0． 03 0． 89 ±0． 04 1． 15 ±0． 06
C 0． 21 ±0． 03 0． 71 ±0． 05 0． 92 ±0． 05
D 0． 39 ±0． 04 1． 10 ±0． 06 1． 49 ±0． 09
E 0． 26 ±0． 03 0． 78 ±0． 04 1． 04 ±0． 08
F 0． 33 ±0． 04 0． 81 ±0． 01 1． 14 ±0． 05
G 0． 27 ±0． 02 0． 71 ±0． 03 0． 98 ±0． 05
2． 5 小球藻种群变化 绿藻门小球藻在淡水中分布广泛。
因其易于培养、增殖迅速、适应性强且营养丰富、光合固碳能
力高，在食品、医药、化工、环保、科研领域都有应用。调查结
果表明小球藻在北方盐碱养殖水域常年可见。从图 4 可以
看出，对照组 A内呈现出明显 S型生长曲线，前 3 d为延滞
期，细胞密度增长较缓，随后进入为期 6 d的对数增长期，第
9 d开始小球藻增长速率趋缓。
D组小球藻初始接种浓度与 A组相同，表现出水蕹菜对
小球藻的影响。前 6 d，D组小球藻细胞密度增势迅猛，增速
超过对照A组，但很快进入稳定期，与对照组A相比，其对数
期明显缩短，且进入稳定期后总细胞密度偏低。E组初始小
球藻浓度为 D组 2倍，在接种初期浓度差距未能扩大，反而
逐步靠近，其对数期较 D组延后，第 9 天进入稳定期后生长
状况与 D组保持一致。C组初始密度仅为对照组的一半，小
球藻增殖与其他组差异不断扩大，经过短暂适应调整(前 3
d) ，进入对数期直至试验末，总体细胞密度偏低。
2． 6 F、G组浮游生物种群变化 轮虫作为养殖水体生态系
统的重要组成，是鱼、虾、蟹等经济水产动物幼体阶段的适口
饵料。目前研究多集中于轮虫尤其是臂尾轮属等优质饵料
品种的培养效果及对微藻饵料的摄食研究［12］。蛭形轮虫因
其卓越的无性繁殖特性、对不良环境的耐受性及其对其他生
物物种有效基因片段的选择利用特性，受到普遍关注［13］。
铜绿微囊藻和斜生栅藻均为北方氯化型盐碱养殖水域常见
浮游藻类。G组内混合藻培养液内接种的蛭形轮虫，试验期
图 4 培养液内小球藻生长的变化
间一直保持快速增殖趋势(图 5) ，前期比增长率高于中后
期。培养液内的微藻、细菌及水蕹菜根系脱落物等为轮虫提
供了充足的食料，试验中后期轮虫挂卵量高，孵育迅速。
图 5 培养液内轮虫生长变化
从图 6可以看出，铜绿微囊藻在 2组处理内的生长状况
较为接近，而绿藻门斜生栅藻中后期生长差异较大，伴随轮
虫的快速增殖对栅藻对数期产生直接影响，虽然末期总体藻
密度差异不显著，但栅藻对数期推延 6 d，增长相对缓慢。这
说明蛭形轮虫的摄食压力对蓝藻门铜绿微囊藻影响较小，却
会抑制绿藻门斜生栅藻的生长。耿红研究发现低浓度铜绿
微囊藻对萼花臂尾轮虫无抑制作用，甚至能为其提供营养，
而高浓度的藻液则会对其繁殖和存活产生影响［14］。Lürling
则认为微囊藻群体的胶鞘会干扰轮虫的摄食［15］。董丽丽等
在利用斜生栅藻投喂萼花臂尾轮虫时也发现，该种微藻浓度
直接对轮虫的种群动态产生影响，种群增长率及休眠卵产量
会随之而波动［16］。
图 6 培养液内斜生栅藻(S)和铜绿微囊藻(M)生长变化
3 小结
(1)初期浮游藻类总体密度较低时，水蕹菜生长差异并
18742卷 3期 阚元卿等 水培蕹菜与微型生物种群的相互影响
不显著，但发展到中后期藻类的影响逐渐显现，植株生长差
异悬殊。水蕹菜根系发育到一定阶段后，主根生长停滞而侧
根大量萌出，营养吸收效率增大。伴随小球藻接种浓度的增
加，水蕹菜因与藻类营养竞争呈现根长增长量升高的趋势。
(2)当初始接种浓度为 10． 0 × 104 cells /ml时，小球藻刺
激水蕹菜快速生长，根系及茎叶系统发达茂密，但后期高密
度小球藻的营养竞争则导致水蕹菜生长减缓。
(3)蓝、绿藻种的竞争及化感作用限制了水蕹菜根系发
展，并导致叶片脱落，生物量降低。
(4)蛭形轮虫在水蕹菜及浮游微藻培养液内大量繁殖，
所产生的摄食压力对铜绿微囊藻的影响微小，但却抑制了斜
生栅藻的快速增长。蛭形轮虫的粘附及摄食作用对水蕹菜
根系产生明显影响，从而导致茎叶系统发育不良，生物量
下降。
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124 －130．
(上接第 771 页)
精油(夜来香 /甜橙 =1∶ 5)与市场上驱蚊产品的驱蚊效果进
行对比，分析其市场价值。
试验表明，在 15 min内，滴有龙虎牌风油精的 3 组培养
皿内果蝇全部死亡，在 20 min内 6组分别滴有夜来香挥发油
和六神驱蚊花露水的培养皿内的果蝇全部死亡。结果表明，
复方精油具有高效的驱蚊性，其驱蚊效果不亚于老牌产品六
神驱蚊花露水，具有良好的市场应用价值。
2． 5 复方精油皮肤刺激的检测 经观察发现，所有小鼠生
活无异常状况，且背部无刺激现象的发生。其中，与甜橙配
比的复方精油会在小老鼠背上留下橘黄色的印记，但无害，
用清水可以洗去。这说明复方精油与月见草精油混合后，可
以直接涂于皮肤上，对皮肤无刺激作用。
2． 6 复方精油制成的固体清新剂及其驱蚊效果检测 试验
表明，使用固体清新剂的试验组中的果蝇全部致死，空白对
照组果蝇全部存活。这表明卡拉胶等物质并没有掩盖了复
方精油的驱蚊作用。
3 小结
通过对夜来香挥发油提取物驱蚊效果的检测发现，夜来
香挥发油提取物具有高效的驱蚊效果，而复方精油配置及其
驱蚊效果的检测试验表明新型的复方精油保留了夜来香挥
发油提取物高效的驱蚊。
复方精油皮肤刺激检测试验表明新型复方精油与月见
草精油混合后，可以直接涂于皮肤上;复方精油与市场上驱
蚊产品的驱蚊效果对比试验表明了复方精油的驱蚊效果与
老牌产品六神驱蚊花露水相同;复方精油制成的固体清新剂
及其驱蚊效果检测试验表明新型复方精油可制作成具有驱
蚊效果的固体清新剂。固体空气清新剂安全性检测证书充
分表明了新型复方精油的市场开发应用价值，可以为新型驱
蚊产品的开发生产应用提供一定的提供理论依据和试验
数据。
然而，夜来香挥发油分离纯化技术仍不完善，提取成本
较高，会在一定程度上阻碍了其市场发展;造成夜来香与甜
橙的比例为 1∶ 2时常出现异常数据原因等，都有待进一步
研究。
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