铵态氮和浮游植物对穗花狐尾藻的生理影响

为探讨铵态氮-浮游植物-沉水植物三者之间关系,在滇池岸边开展室外模拟实验。在初始叶绿素a为100μg·L~(-1)的浮游植物密度下,研究不同浓度(0、0.05、0.15、0.50、1.50、5.00 mg·L~(-1))铵态氮和浮游植物对穗花狐尾藻的生长和生理状况的影响。结果表明:各处理组穗花狐尾藻的各项生长和生理指标在实验期间存在明显差异;当铵态氮浓度为1.50mg·L~(-1)时,穗花狐尾藻的株高和生物量明显大于其他处理组;穗花狐尾藻叶片的总叶绿素含量、光合活性和可溶性蛋白在铵态氮浓度为1.50 mg·L~(-1)时,实验期间能维持原来的水平,其余铵态氮浓度下,呈现下降的趋势;在铵态氮与浮游植物的复合作用下,适宜穗花狐尾藻生长的铵态氮浓度为1.50 mg·L~(-1),高浓度的铵态氮(5.00 mg·L~(-1))和氮缺乏(NH4+-N≤0.50 mg·L~(-1))都不利于穗花狐尾藻的生长;铵态氮浓度达到5.00 mg·L~(-1)时,浮游植物大量生长带来的相关效应,如水体浊度上升,水下光强降低等,导致穗花狐尾藻耐受铵态氮的阈值较单一铵态氮胁迫下的耐受阈值低,此时,沉水植物对藻类的抑制效应也将解除,水华大量发生,叶绿素a的浓度可达(948.1±313.0)μg·L~(-1)。     

穗花狐尾藻对铵态氮的生理响应

在温室内,以原沉积物(CK)和分别添加0.24%与0.48%氯化铵(SN₁和SN₂)的沉积物作为底质培养沉水植物,研究了穗花狐尾藻对高浓度铵态氮胁迫的生理响应.结果表明:不同处理沉积物、间隙水和上覆水中铵态氮浓度分别在12.35～870.32 mg·kg^-1 、1.09～1036.05 mg·L^-1和0.10～24.30 mg·L^-1,与CK相比,SN₁和SN₂处理的穗花狐尾藻生物量、株高和根长分别降低了19.69%和81.16%、15.66%和55.52%与45.72%和67.65%.不同处理根系和叶片SOD活性均表现为SN₁2211和SN₂根系POD和CAT活性则显著高于CK;SN₁、SN₂叶片和根系丙二醛(MDA)含量分别比CK提高了46.30%、82.75%和19.66%、55.19%.不同浓度铵态氮对穗花狐尾藻均具有毒害作用,而且铵态氮浓度越高,植物生理响应越明显.     

粉绿狐尾藻和凤眼莲对不同形态氮吸收动力学研究

采用改进常规耗竭法,研究了粉绿狐尾藻(Myriophyllum aquaticum)、凤眼莲(Eichhornia crassipes)在抑菌和非抑菌两种处理中对NO3-、NH4+吸收的动力学特征。结果表明:两种植物对NO3-和NH4+的最大吸收速率(Imax)和亲和力(1/Km)有显著差异,凤眼莲对NO3-、N H4+的吸收速率显著高于狐尾藻,说明凤眼莲更适宜用于污染水体养分的去除;不同植物对NO3-、NH4+表现出吸收偏好性,凤眼莲对NO3-有较高的Imax值和亲和力,而狐尾藻对NH4+有较高的Imax值和亲和力;抑菌处理能显著增加凤眼莲对NH4+的吸收速率,NO3-浓度高于1.00 mmol/L时,抑菌处理能显著减小凤眼莲对NO3-的吸收速率,狐尾藻对NO3-、N H4+的吸收未受到抑菌处理的显著影响。       

沉水植物穗花狐尾藻耐盐性与生长

通过室内人工海水培养和杭州湾栽培实验,探究了穗花狐尾藻的耐盐能力及在低盐度水域中的生长情况。室内培养表明:穗花狐尾藻断枝可在盐度12以内的人工海水中正常生长;低盐度处理可促进不定根的生长;水体盐度达到15后,穗花狐尾藻叶绿素含量和最大光合效率Fv/Fm降低,生长停滞,大部分植株逐渐死亡。野外栽培表明:从2017年6月到2018年5月,穗花狐尾藻可在杭州湾水体盐度6.06～9.03,水温3.85～33.37℃条件存活,8—10月是穗花狐尾藻的快速生长期;穗花狐尾藻在杭州湾低盐度水体中可进行有性繁殖和无性繁殖,以无性繁殖为主。研究结果为穗花狐尾藻在低盐度水体中建立种群提供了依据。     

穗花狐尾藻(Myriophyllum spicatum L.)在不同程度富营养化水体中的营养积累特点及营养分配对策

通过对栽培于3个不同程度的富营养化水体(富营养化程度为水体1<水体2<水体3)中的穗花狐尾藻(MyriophyllumspicatumL.)进行研究,测定了不同时期植物体各个器官的氮磷含量及生物量分配,探讨了富营养化水对其营养积累及分配格局的影响。结果表明,重度富营养化的水体3中穗花狐尾藻组织中的氮含量显著高于其它两个水体;而由于水体1和水体2的氨态氮含量无显著差异,植物组织中的氮含量在水体1和水体2间无显著差异。富营养化程度高的水体2中植物磷的含量显著低于富营养化程度低的水体1中的植物,但在重度富营养化的水体3中,叶子的磷含量却远高于其它两个水体,这是由植物不同部位吸收的磷在各器官间分配不同所造成的。由于底泥的营养含量丰富,在3个不同程度的富营养化水体中,穗花狐尾藻的根冠比并未表现出明显差异。     

春季不同程度低水位对四种沉水植物生理的影响

为了解不同沉水植物对春季低水位的生理响应, 在2014年春季开展为期3个月的控制实验, 研究不同程度的春季低水位, 包括极低水位(水深18 cm)、较低水位(36 cm)和低水位(54 cm)对3种乡土沉水植物微齿眼子菜、穗花狐尾藻和菹草的最大光化学量子产量(Fv/Fm)、总叶绿素含量和可溶性糖含量的影响, 并与外来种伊乐藻作对比。结果显示, 随着水位的降低, 微齿眼子菜、菹草和伊乐藻Fv/Fm显著升高, 而穗花狐尾藻的Fv/Fm无显著变化; 在3种水位下伊乐藻的Fv/Fm都明显高于其他3种植物。微齿眼子菜和菹草总叶绿素含量也随着水位降低有升高趋势, 而穗花狐尾藻和伊乐藻的总叶绿素含量随水位没有显著变化。所有水位下微齿眼子菜总叶绿素含量最高, 穗花狐尾藻最低, 菹草只在低水位下显著低于伊乐藻。微齿眼子菜、菹草和伊乐藻的可溶性糖含量随着水位的降低而下降, 穗花狐尾藻的可溶性糖含量随着水位的降低有升高趋势。在低水位和较低水位下穗花狐尾藻和菹草的可溶性糖含量分别是所有植物中的最小和最大, 但在极低水位下4种沉水植物的可溶性糖含量无明显差异。以上结果表明, 春季极低水位对微齿眼子菜、伊乐藻和菹草不产生胁迫,但对穗花狐尾藻产生了胁迫; 伊乐藻潜在光合能力强于乡土种, 在春季浅水区具备较强的入侵性。     

污水处理厂尾水中氨氮对穗花狐尾藻生长的影响

为了更好地利用沉水植物净化污水处理厂尾水,用穗花狐尾藻(Myriophyllum spicatum)在不同氨氮浓度的污水处理厂尾水中暴露10 d,探索氨氮对其生长的影响。结果表明,当尾水中氨氮浓度3.5 mg·L-1时,氨氮作为氮源被穗花狐尾藻吸收利用,有利于生长;当尾水中氨氮浓度3.5 mg·L-1时,狐尾藻体内叶绿素a、可溶性蛋白含量下降,脯氨酸含量明显上升,同时,植物体内SOD活性上升,尽管短时间内(暴露5 d)沉水植物产生应激反应抵御其不利影响,但是随着暴露时间的延长(暴露10 d),氨氮毒害作用逐渐增强,抑制穗花狐尾藻生长。在污水处理厂复合污染尾水中,穗花狐尾藻对氨氮的耐受阈值为3.5 mg·L-1。因此,在利用人工湿地净化污水处理厂尾水时,要充分考虑湿地植物,特别是沉水植物对氨氮的耐受能力。     

5种沉水植物无性繁殖和定居能力的比较研究

 竹叶眼子菜(Potamogeton malaianus)、微齿眼子菜(Potamogeton maackianus)、苦草(Vallisneria spiralis)、穗花狐尾藻(Myriophyllum spicatum)、黑藻(Hydrilla verticillata)是长江中下游湖泊主要的沉水植物。在栽培条件下,它们的无性繁殖速率(单位时间内新增个体数)大小顺序为黑藻>微齿眼子菜>竹叶眼子菜>苦草>穗花狐尾藻。同时采用抛掷实验的方法观察研究了这5种沉水植物及其无性繁殖体的存活和生根情况;完整植株存活率为黑藻>穗花狐尾藻>微齿眼子菜>竹叶眼子菜>苦草,无性繁殖体部分存活率为黑藻>苦草>穗花狐尾藻>微齿眼子菜>竹叶眼子菜。生根能力和其存活时间长短相关,而且生根能力与存活率大小基本一致。在实验中,只有穗花狐尾藻的断枝存活率和生根能力存在差异,故无性繁殖体生根能力为黑藻>苦草>微齿眼子菜>竹叶眼子菜>穗花狐尾藻。     

狐尾藻属狭域种和广布种断枝的生长与再生能力比较研究

对比研究了广布种穗花狐尾藻(Myriophyllum spicatum L.)和狭域种扬子狐尾藻(M. oguraense Mikisubsp. yangtzense Wang)不同长度(5、10 和15 cm)和不同位置(顶枝、中枝和底枝)断枝的生长和再生能力。研究结果显示, 两物种由断枝生长所形成植株的总生物量、分枝生物量、分枝数均随断枝长度的增加而增大;在由不同位置的断枝生长所形成的植株中, 顶枝所形成植株的总生物量最大, 中枝所形成植株的分枝生物量、分枝数和平均分枝长最大。由断枝所形成植株的总生物量、分枝生物量、分枝数、平均分枝长和新分枝所处位置在种间均存在显著差异, 穗花狐尾藻顶枝和中枝的生物量较大, 顶枝所产生的分枝位于断枝基部; 扬子狐尾藻的分枝生物量、分枝数及平均分枝长较大, 新产生的分枝多位于断枝顶端附近。研究结果表明穗花狐尾藻和扬子狐尾藻断枝的再生对策不同, 前者是增加对断枝总生物量的投资, 而后者是增加对断枝产生新分枝的投资。研究结果可为进一步开展水生植物广布种与狭域种的生活史对策研究提供资料, 也为湿地物种多样性保护与管理提供科学指导       

不同功能型沉水植物对溶解氧影响及环境效应

研究选用刺苦草(Vallisneria spinulosa)、黑藻(Hydrilla verticillata)和穗花狐尾藻(Myriophyllum spicatum)分别代表底层型、冠层少根型和冠层多根型沉水植物,通过中宇宙实验,探索不同功能型沉水植物在生长过程中水柱和沉积物中溶解氧(DO)浓度及其相关指标的差异。实验结果表明:不同处理组水柱DO浓度存在显著差异,空白组水柱DO浓度显著低于植物处理组,且空白组水柱总氮(TN)和总磷(TP)浓度降低程度最少;黑藻组比叶面积、叶面积指数、净增长生物量、相对生长速率和水柱DO浓度最大,能够有效降低水柱TP和TN浓度;穗花狐尾藻组株高最高,提升水柱DO浓度显著高于刺苦草,水柱TP降低程度最大;刺苦草组比根长、单株总根长和根冠比最大,提升沉积物深度6 cm以内的DO效果最好,沉积物铁含量最高,沉积物总氮(TN)、总碳(TC)含量和间隙水总溶解性磷(TDP)浓度最低。在修复富营养湖泊过程中,可根据水和沉积物缺氧状况,合理配置底层型和冠层型沉水植物,构建释氧能力较强的群落,从沉积物表层到水柱上层均为湖泊提供充足的氧气,从而更加有利于清水态的形成。     

洱海底泥特性对七种沉水植物生长的影响

为研究洱海底泥特性对沉水植物生长的影响,采用不同比例洱海底泥与湖岸土壤掺混形成五种基质,并分别移栽苦草、黑藻、微齿眼子菜、马来眼子菜、光叶眼子菜、穿叶眼子菜和狐尾藻,进行为期70d的室外生长实验,结果表明不同基质对几种植物的影响具种间差异。（1）在基质为50%深层底泥+50%湖岸土壤（碳、氮、磷含量分别为31.59、0.334和0.095 mg/g）时,苦草、马来眼子菜和光叶眼子菜的株高最大;基质为100%深层底泥（碳、氮、磷含量分别为37.88、0.803和0.149 mg/g）时,黑藻、微齿眼子菜、穿叶眼子菜和狐尾藻的株高最大;（2）基质为100%深层底泥时,苦草、黑藻、微齿眼子菜、马来眼子菜和光叶眼子菜生物量增加最多且相对生长速率最大;基质为100%浅层底泥（碳、氮、磷含量分别为77.37、5.691和0.136 mg/g）时,穿叶眼子菜生物量增加最多,相对生长速率最大;狐尾藻在基质为50%浅层底泥+50%深层底泥（碳、氮、磷含量分别为49.27、2.005和0.131 mg/g）时生物量增加最多,相对生长速率最大;（3）基质为100%湖岸土壤（碳、氮、磷含量分别为22.06、0.327和0.231 mg/g）时,7种沉水植物均生长缓慢,生物量增加较少。综上所述,中营养底泥（碳、氮、磷含量分别为31.59-49.27、0.334-2.005和0.095-0.131 mg/g）更适合沉水植物生长,底泥中过高或过低营养都不利于沉水植物生长。     

Nitrogen nutrition of Myriophyllum spicatum: uptake and translocation of 15N by shoots and roots

Intact Myriophyllum spicatum plants were grown in compartmentalized containers in a growth room so that the roots were separated from the shoots by a watertight partition. Nitrogen ¹⁵N was added to the water or sediment to trace the uptake of inorganic N by the plant shoots or roots. Myriophyllum spicatum is capable of taking up inorganic N through both roots and shoots. Plant N requirements can apparently be met by root uptake alone. However, when about 0·1 mg/l of NH₄-N were present in the water, foliar uptake supplied more N to the plants than did root uptake. Foliar uptake of NH₄-N was found to be several times faster than that of NO₃-N when both forms of N were present in the water. Only about 1% of the N taken up by the roots was subsequently released to the water through the foliage.     

Mobilization of sediment phosphorus by submersed freshwater macrophytes

SUMMARY. The mobilization of sediment phosphorus (P) by three submersed freshwater macrophyte species was investigated on five different sediments. The study was conducted under controlled environmental conditions in lucite columns that enabled the separation of sediment and plant roots from the overlying P-free 'complete' nutrient solution. The species investigated ( Egeria densa, Hydrilla verticillata , and Myriophyllum spicatum ) had minor root systems (on a biomass basis), but were demonstrated to be fully capable of deriving their P nutrition exclusively from the sediments. Phosphorus absorption and translocation into shoots (i.e., mobilization) was substantial, and in some cases suggested a greater than 1000-fold turnover of interstitial water PO₄-P over a 3-month period. Sediment P mobilization, a function of both plant growth and tissue P concentration, differed considerably among plant species and sediments. Phosphorus release from the species investigated appears to be primarily dependent upon tissue decay rather than excretory processes. The mobilization of sediment P by submersed macrophytes represents an important aspect of the P cycle, and may affect the overall metabolism of lacustrine systems.     

长江中游浅水湖泊水生植物氮磷含量与水柱营养的关系

水生植物组织内氮和磷(N和P)含量受到水体营养状况和植物生长状况影响。对长江中游江汉湖群不同营养水平湖泊中大型水生植物的N和P含量3个季度的研究表明,在不同生活型水生植物中,沉水植物主要分布在中营养到中富营养湖泊中,在富营养湖泊均无分布,浮叶和挺水植物在不同营养类型湖泊的沿岸带均有分布。N和P含量以沉水植物最高,浮叶植物次之,挺水植物最低。水生植物的N和P含量都达到或超过生长所需最低N和P阈值,代表性浮叶植物和沉水植物的N和P含量随着湖泊营养水平提高呈现规律性变化。湖泊5种常见的水生植物N和P含量与水柱中不同种类N和P浓度具有季节性相关:菱(TrapabispinosaRoxb.)春夏季P含量都与TP(总磷)和TDP(总溶解磷)明显相关,春季N含量与NH4—N(氨氮)明显相关;春季黄丝草(PotamogetonmaackianusA.Benn.)的P含量与TP明显相关,夏季与TDP明显相关,春季和夏季黄丝草和穗花狐尾藻(MyriophyllumspicatumL.)的N含量与TN(总氮)和TDN(总溶解氮)显著正相关,秋季成负相关;夏季芦苇(PhragmitescommunisTrin.)P含量与TP和TDP显著相关;春季芦苇和香蒲(TyphaorientalisPresl.)N含量与NH4N和NO2N(亚硝态氮)显著相关。       

呼伦贝尔草地植物群落与土壤化学计量学特征沿经度梯度变化

植物化学计量学特征在大尺度上主要受纬度和经度两个因素影响。纬度梯度上温度因子变化对植物化学计量特征的影响已有大量研究,但是关于经度梯度上降雨因子变化对植物化学计量特征影响的研究却较少。选取呼伦贝尔草原,研究经度梯度上植物化学计量特征和土壤养分指标的变化规律,从经度梯度和养分供给两方面分析植物群落化学计量特征的变化规律,研究结果如下:1)植物群落叶片C含量变化范围为440.76—452.72 mg/g,N含量变化范围为17.79—30.88 mg/g,P含量变化范围为1.31—1.71 mg/g;群落叶片C含量、C/N随经度升高显著增加;群落叶片N含量随经度升高显著下降;植物群落P含量也呈下降趋势,但是关系不显著;植物群落C、N和P元素总量随着经度升高而显著增加。2)0—10 cm土壤全碳、全氮、全磷、有机碳受降雨量变化和植物群落元素总量影响,随着经度梯度升高而增加;但土壤铵态氮、硝态氮在经度梯度上没有表现出规律性的变化趋势。3)土壤全碳、有机碳、全氮、全磷和速效磷与植物群落叶片C、N和P含量没有显著相关关系,但与植物群落C、N和P元素总量呈显著正相关关系。该区土壤有效磷含量(8.13 mg/kg)高于全球平均值(7.65 mg/kg),但植物群落叶片磷含量平均值(1.5 mg/g)低于全球平均值(1.77 mg/g)。通过研究结果推测:植物通过对气候条件的长期适应,群落水平C、N和P含量沿经度梯度形成一定的分布格局;降雨量影响植物群落元素积累的总量,从而与土壤养分含量呈显著正相关关系;植物叶片P含量低的原因并非是由于土壤中磷的供给不足所致,而是植物对环境长期适应形成的策略。     

Nitrogen nutrition of Myriophyllum spicatum: variation of plant tissue nitrogen concentration with season and site in Lake Wingra

Samples of water, sediment and Myriophyllum spicatum were collected from four weedbed sites in Lake Wingra, a small hypereutrophic hardwater lake in Madison, Wisconsin, several times during the 1972 and 1973 growing seasons, and analysed for various forms of N. The concentrations of inorganic N in the lake water were quite similar at all sites. The differences in the total N content of the Myriophyllum tissue from site to site directly related to the levels of available sediment N, indicating a dependence upon the sediment as a N source. Myriophyllum tissue N concentrations (ash and moisture-free basis) were highest in spring, decreased steadily during the summer, and increased again in the fall. Myriophyllum apparently grows very little during the winter, but continues to accumulate N. The death and decay of a considerable portion of the Myriophyllum in the fall contributes insignificant amounts of N directly to the lake water. Nitrogen does not appear to be limiting Myriophyllum spicatum growth in Lake Wingra.     

保安湖沉积物和间隙水中氮和磷的含量及其分布

保安湖沉积物中氮(N)的含量平均为5.20mg/g,平面分布以桥墩湖区含量最高。沉积物中磷(P)的含量平均为0.75mg/g,平面分布以扁担塘湖区含量最高。沉积物间隙水中总氮的平均含量为3.63mg/L,无机氮中以氨氮的含量最高,占总氮的57.2%;间隙水中总磷的含量平均为0.098mg/L,磷酸盐占总磷的50.0%.间隙水中氮和磷含量的平面分布差异不明显。间隙水中氮和磷的含量比湖水中含量高,但除氨氮外,一般不超过5倍,表明湖水和沉积物间隙水之间营养交换十分强烈。       

翅荚木人工林不同径阶间细根主要功能性状与根际土壤养分的关系

细根能敏感地感知土壤环境变化,对植物生长发育具有重要影响.以6年生翅荚木人工林为对象,对其不同径阶的细根主要功能性状与根际土壤养分特征及两者间关系进行分析.结果表明:细根生物量、根长密度与根体积密度均随径阶增加而增加,比根长与比根面积则随径阶增加呈先升高再下降后升高的趋势,根组织密度则与径阶大小不相关.不同径阶翅荚木根际土壤的pH值及含水率、全碳、全磷、铵态氮、硝态氮和总有效氮含量均存在显著差异,大径阶林木的根际土壤全碳、全氮、硝态氮、总有效氮含量相对较高,小径阶林木的根际土壤含水率、土壤全磷、铵态氮含量相对较高.土壤全氮、全碳、硝态氮和总有效氮含量与林木细根的生物量、根长密度、根体积密度呈显著正相关;土壤全磷与林木细根的根组织密度呈显著正相关,与比根长、比根面积呈显著负相关;土壤含水率与林木细根的生物量和根体积密度均呈显著正相关;根际土壤pH和林木细根的比根长、比根面积呈显著正相关,与根组织密度则呈显著负相关.研究结果可为翅荚木优良种质资源选育提供科学依据.     

Morphological and physiological responses to sediment type and light availability in roots of the submerged plant Myriophyllum spicatum

BACKGROUND AND AIMS: Both sediment and light are essential factors regulating the growth of submerged macrophytes, but the role of these two factors in regulating root morphology and physiology is far from clear. The responses of root morphology and physiology to sediment type and light availability in the submerged plant Myriophyllum spicatum were studied and the hypothesis was tested that a trade-off exists in root growth strategy between internal aeration and nutrient acquisition. METHODS: Plants were grown on two types of sediment (fertile mud and an infertile mixture of mud and sandy loam) and under three levels of light availability (600, 80 and 20 micro mol m(-2) s(-1)) in a greenhouse. KEY RESULTS: The significantly higher alcohol dehydrogenase (ADH) activity in root tissues indicated that oxygen deficiency existed in the plants growing in fertile mud and low (or high) light environments. Significantly, low plant N and P concentrations indicated that nutrient deficiency existed in the mixed sediment and high light environment. As a response to anoxia, plants did not change the porosity of the main roots. The effect of sediment type on root morphology was insignificant under higher light environments, whereas root diameter generally decreased but specific root length (SRL) increased with decreasing light availability. Both low light and fertile mud jointly led to lack of second-order laterals. More biomass was allocated to lateral roots in infertile environments, whereas mass fractions of laterals were lower in low light and mud environments. CONCLUSIONS: These data indicate that this plant can achieve the trade-off between internal aeration and nutrient acquisition by adjusting the structure of the root system and the pattern of biomass allocation to different root orders rather than root morphology and root porosity.