几种常见沉水植物对砷富集的研究进展

常见的沉水植物(苦草、狐尾藻、金鱼藻、黑藻)对水体中的砷(As)有着较强的富集能力,研究沉水植物对As的富集特征对利用沉水植物控制水体As污染及保护人体健康有着重要意义。沉水植物对As的富集能力与水环境中As的浓度、形态、共存离子如磷酸盐、Zn离子等因素相关,其对As的耐受性及富集能力可以通过合适的化学、生物方法得到增强,从而提高沉水植物对含As污水的修复能力。但由于植物基因多样性及水环境因素复杂性,沉水植物对As的运输和解毒机制,以及沉水植物后期的处理和管理技术,仍是今后该领域需要重点关注的问题。     

沉水植物苦草化学成分研究

通过使用乙酸乙酯溶剂对沉水植物苦草（Vallisneria natans）全草进行超声连续提取,采用硅胶柱色谱法和光谱分析法分离和鉴定化学成分。从苦草中分离到6个化合物：6,10,14-三甲基-2-十五酮（1）、棕榈酸（2）、4,22-二烯-3β-豆甾酮（3）、5α,豆甾烷-3,6-二酮（4）、硬脂酸（5）、棕榈酸乙酯（6）。化合物1—6为首次从该植物中发现。     

大叶井边草——一种新发现的富集砷的植物

自1999年以来对位于湖南省一些高砷区的植物和土壤进行了一系列的野外调查,以着力寻找砷的超富集植物。结果表明,与砷超富集植物蜈蚣草同属的另一种植物－－大叶井口边草,对砷也具有显著的富集特征。这一发现为研究揭示砷在植物中的超富集机理提供了一种新的材料,建议深入开展蜈蚣草与大叶井口边草这两种砷富集植物的对比研究。     

长梗苦草雄花结构的环境扫描电镜观察

用环境扫描电子显微镜对沉水植物长梗苦草(Vallisneria longipedunculata)的雄花结构进行了观察研究。结果显示,长梗苦草雄花具3枚花被,2枚雄蕊是由3枚雄蕊中的1枚退化而来的,退化雄蕊清晰可见;花药4室,发育过程中通过药室顶端开裂,以及花药室基部的细胞收缩,将花粉粒都推到花药室的裂口处进行发育,成熟花粉粒直接外露;长梗苦草的花粉粒直径约50μm,壁薄,表面几乎没有纹饰,未发现萌发孔或萌发沟,这些是对特殊生境和传粉方式的适应。     

长梗苦草花粉粒的电镜观察

通过扫描电镜和透射电镜首次对沉水植物梗苦草（Vallisneria longipedunculata)的花粉粒进行了观察,其花粉粒的细胞壁非常薄,无萌发孔,但有2－3个具有较质丝的凹穴。花粉粒细胞壁的覆盖层十分不明显。具散生的颗粒;外壁内层较为厚实,但柱状结构分化不明显,整体呈海绵状;花粉内壁较厚。在花粉粒内部,有大量的单粒和复粒的淀粉粒,但未见到半复粒。     

苦草繁殖生态学研究

通过太湖野外调查、室内培养、种子与块茎萌发及幼苗生长试验,对太湖苦草(Vallisneria natans)种群的繁殖生态特征进行了研究。结果显示:1)苦草分配于有性繁殖部分的生物量较无性的大,分别占总生物量的25.0%±13.8%和10.1%±7.0%。雌花数与座果率平均分别为22.9±13.8朵·株^-1和73.3%±17.9%。雄株可以产生11~33个佛焰苞,每个佛焰苞内平均含有364±38朵雄花,每个雄花产生的花粉为128~184粒。每个果实内种子丰富,多达150~360粒,估算太湖苦草种群立地种子量可达1.68×10⁴~1.01×10⁶个·m^-2。但每年种群主要来自地下块茎和匍匐茎,水深、风浪等可能是种子苗难以在湖泊中定植成功的主要因素。2)苦草的块茎数量较大,平均90~226个·m^-2,是种群发展的强大物质基础。3)温度、光照、基质及种子保存方式与时间长短对种子发芽率均有较大影响。10 ℃时种子发芽率较低,仅8.35%±1.89%;20 ℃时发芽率较高,为56.73%±6.42%;30 ℃时发芽率有所降低,为43.55%±4.34%。种子发芽对光照有一定要求,20 ℃、无光条件下,种子发芽率下降63.6%。在没有湖泥为基质的情况下,发芽率下降36.5%。此外,随干燥保存时间增加,种子发芽率下降。4)块茎发芽对光照需求不大,但温度对块茎的发芽率有较大影响,10 ℃时发芽率为20.3%±5.7%,20 ℃时较高,达90.2%±12.6%,30 ℃时发芽率降低至60.4%±7.6%。5)光照对幼苗生长有一定影响。有光照的幼苗伸长生长比无光条件下慢,但生物量积累较大,有光的苗生长速度平均为0.56~0.70 cm·d^-1,无光的为0.86~0.96 cm·d^-1。试验结果还显示,苦草的块茎苗初期的伸长生长主要依赖于基部的根茎生长。6)根据研究结果认为,在湖泊中恢复苦草种群应主要利用地下块茎,种子只适用于相对静止的浅水池塘种植。     

亚洲苦草与刺苦草的染色体数目和核型

本文以亚洲苦草和刺苦草根尖为实验材料,对其染色体数目及核型进行了研究,结果表明,两个种均为2n=20,同属Stebbins的不对称核型,亚洲苦草为“3B”,刺苦草为“2B”。核型公式分别为:K(2n)=20=2m+12sm+6st,K(2n)=20=2M+2m+14sm+2st。     

大型沉水植物苦草的光谱特征识别

地物特征与其光谱特征的关系是解译遥感影像的关键.利用地物光谱仪在实验室和上海“梦清园”人工湿地中,分别实测了不同盖度沉水植物苦草的反射光谱特征.结果表明随着苦草盖度的增加,其光谱反射率也相应增加,不同盖度苦草的光谱反射率差异主要表现在500～650 nm和700～900 nm 波段范围.受水体环境影响,实验室模拟试验与室外控制试验测得的苦草光谱反射率差异主要表现在近红外波段（700～900 nm）.分别将苦草的不同盖度与其在QuickBird多光谱遥感影像4个波段与盖度相关性最大波段处的光谱反射率进行回归分析,得到了较好的线性关系.应用回归分析得到的线性方程,可以根据测定的光谱反射率定量反演水体中的苦草盖度.研究结果可为监测沉水植物的高光谱遥感影像判读和解译分类提供技术支撑,为大尺度遥感监测沉水植物的分布和动态变化提供科学依据.     

中国苦草属一新种

长梗苦草　新种　图 1Vallisneria longipedunculata X.S.Shen.sp.nov.TYPE:Anhui(安徽 ) ,Hefei(合肥 ) ,in the Dongpu Reservoir(董铺水库 ) ,alt.60 m,1 999-0 9-0 5,Shen Xian-sheng 990 1 9(holotype,PE) .Fig.1 .A V.spinulosa Yan stolones nullus spinula;costa laevis;spathae feminei teres,3～ 5cm longa;petala absentia;integumentum extra longior intra,absque alatus appendicibus;capsula teres,accuatus,inermis;seminae oblanceolata glandulosus differt.Herba annua immersa,acaules erecti,stolonis nullus…     

蓝藻胁迫条件下不同基质类型对苦草和伊乐藻生长的影响

为探讨蓝藻胁迫条件下沉水植物生长与基质营养含量的关系,研究了添加相同含量蓝藻后2 种不同基质(较贫瘠的黄色粘土和较肥沃的黑色淤泥)对苦草和伊乐藻2 种沉水植物生长的影响。结果表明:与伊乐藻相比,苦草的生物量在粘土条件下高于淤泥条件,而基质类型对伊乐藻生物量没有显著影响;苦草的最大叶片长度(用于表征株高)、无性系新株数目及其干物质重和伊乐藻的株高、分株数目和分枝干物质重也是在粘土条件下高于淤泥条件;苦草的最大根长在粘土条件下显著高于淤泥条件(p<0.05)。研究结果表明在蓝藻胁迫的条件下,高营养含量的基质不利于沉水植物的生长,并且对根生型沉水植物苦草的影响要大于假根沉水植物伊乐藻。     

微囊藻毒素在沉水植物苦草中的积累

研究了微囊藻毒素RR在大型沉水植物苦草根、叶组织中的积累作用 ,通过ELISA方法检测发现 ,苦草可以吸收MC RR ,其吸收具有时间和剂量效应 ,根的吸收作用强于叶。第 7d叶对MC RR的吸收已经达到平衡 ,而根对MC RR的吸收在处理第 16d时还在上升。苦草根和叶对MC RR的最大吸收量分别可达到 14 83± 0 12 μg/g FW和0 32± 0 0 2 6 μg/g FW。在 0 0 0 0 1mg/L的低浓度下 ,苦草根和叶对MC RR的吸收量分别为 0 5 9± 0 0 83pg/g FW和0 2 8± 0 0 16pg/g FW ,生物浓缩系数分别为 5 85± 0 83和 2 85± 0 16。这个结果表明 ,MC RR可以在苦草中积累并有可能转移到食物链中     

水体铜污染对苦草生长及叶绿素荧光特性的影响

该文以苦草(Vallisneria natans)为材料,研究了不同浓度铜污染水体对其叶/根长、生物量、光合色素含量、体内重金属含量及叶绿素荧光参数的影响。结果表明:随着水体铜浓度的增加,苦草的叶长、根长、生物量均显著下降;光合色素含量逐渐下降,其中叶绿素a比叶绿素b下降明显,类胡萝卜素下降幅度最小;叶片铜含量随铜浓度的增加显著上升(P0.05),各处理组根铜含量没有显著性差异,在水中铜低于0.5mg·L-1的环境中苦草具有正常的光合活性。除0.5 mg·L-1处理组外,最大荧光(Fm)、最大光化学效率(Fv/Fm)、潜在光化学效率(Fv/Fo)、光化学淬灭系数(qP)与有效量子产量[Y(Ⅱ)]均比对照组显著降低(P0.05),而非光化学淬灭效率(qN)、调节性能量耗散的量子产量[Y(NPQ)]、非调节性能量耗散的量子产量[Y(NO)]均呈上升趋势,其中Fv/Fo对铜污染反应最为灵敏。综合各参数变化情况,随着水体铜浓度的增加,苦草生长受到抑制,叶片利用光能的效率下降,PSⅡ反应中心的电子传递受到明显的抑制;苦草通过自身调节以热的形式将过剩光能耗散,以减轻PSⅡ反应中心受伤害的程度;苦草是铜超富集植物,其可作为低浓度铜污染水体生态修复的备选物种。     

不同光照强度下物种组合对沉水植物苦草种间关系的影响

为了解种间关系对沉水植物群落结构的影响,在不同光照(20%自然光和50%自然光)和不同物种组合下,研究了长江中下游常见优势沉水植物苦草(Vallisneria natans)与黑藻(Hydrilla verticillata)和穗状狐尾藻(Myriophyllum spicatum)的相互作用。结果表明,在低光下,苦草与穗状狐尾藻混种时,苦草生物量、株高和叶数均没有明显变化,当穗状狐尾藻的比例较高时,苦草根长生长受到抑制,根叶比呈下降趋势;在高光下,穗状狐尾藻比例的增加会促进苦草单株生物量和叶生物量的增加,而对苦草株高、根长和叶数无显著影响;与黑藻混种相比,苦草与穗状狐尾藻混种时,苦草的株高、根长和叶数均无显著差异,而苦草的单株生物量和叶生物量均呈降低趋势。因此,物种组合和混种比例均会影响苦草与其他物种的相互作用关系,进而影响沉水植被的群落动态。     

硝磺草酮、铜单一和复合胁迫对苦草的生长及生理的影响

农药与重金属是水体中常见的污染物,其在水环境中的污染问题已引起全社会的广泛关注。目前关于农药硝磺草酮与铜的研究主要集中在动物与浮游植物上,对大型水生植物的研究较匮乏。为了阐明水体中常见毒性污染物硝磺草酮与铜对水生植物的潜在毒性作用,本研究探究了二者对长江流域的优势种苦草（Vallisneria natans）的生长及生理影响,旨在为水生植物复合污染的生态毒性效应和生态安全评估提供依据。本研究采用水培法,研究了不同浓度硝磺草酮（0、0.01、1、10、20、50 mg/L）、铜（0、0.1、0.3、0.5、1、2 mg/L）以及（硝磺草酮+铜）在（0+0、0.01+0.1、1+0.3、10+0.5、20+1、50 mg/L+2 mg/L）浓度时对苦草的相对生长率、光合色素（叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素）、抗氧化酶〔超氧化物歧化酶（superoxide dismutase, SOD）、过氧化物酶（peroxidase, POD）、过氧化氢酶（catalase, CAT）〕以及可溶性蛋白含量变化的影响。结果显示,单一硝磺草酮对苦草的生长和光合色素的合成、CAT活性和可溶性蛋白含量具有抑制作用,而对苦草POD活性具有激活效应;单一铜胁迫对苦草生长、光合色素的合成、CAT活性以及可溶性蛋白含量具有显著抑制作用,而对苦草SOD和POD活性具有激活效应;此外,苦草的相对生长率、光合色素、可溶性蛋白含量、CAT活性等指示物对硝磺草酮与铜联合胁迫表现出受害响应,而POD活性显著上升,SOD活性呈现低浓度抑制高浓度促进效应。毒性效应评估结果显示,随着复合胁迫浓度的升高,硝磺草酮和铜对苦草的联合毒性由拮抗作用转为协同作用。硝磺草酮与铜在水体中赋存可能对水生植物产生潜在的生物安全风险,因此要更加关注水体中不同污染物之间综合效应的防治。     

纹沼螺对苦草生长的影响

在室外受控实验条件下,研究了不同密度(0,150,450个/m2)纹沼螺(Parafossarulus striatulus)对沉水植物苦草(Vallisneria spiralis)生长的影响。结果表明,螺类牧食活动促进了苦草生长,与无螺对照组相比,低密度螺处理组中苦草的相对生长率、株高均增加了20%;高密度组中苦草的相对生长率、叶片数和株高分别增加了28%、15%和27%。分析表明,纹沼螺通过牧食活动降低植物叶片上附着生物干重,从而促进了苦草生长。丰富了螺-草互利关系的研究内容,有助于加深理解水生态系统中生物之间的生态关系。     

蓝藻堆积和螺类牧食对苦草生长的影响

设计了双因素四组处理(对照组,加螺组,加藻组,螺藻组)的室外受控实验,模拟湖泊沿岸带水华蓝藻的堆积以及底栖螺类的牧食活动对沉水植物苦草生长的影响。结果表明:蓝藻堆积(水体叶绿素a浓度为220μg/L)对苦草的生长具有明显的抑制作用,和对照组以及加螺组相比,加藻组和螺藻组中苦草的相对生长率分别下降了40.9%和36.4%,分株数也分别下降了56.4%和64.1%,分析认为蓝藻在水体表层堆积所产生的遮光可能是抑制底层苦草生长的主要原因。然而,环棱螺能在一定程度上促进苦草的生长,加螺组和螺藻组中苦草的相对生长率和分株数分别要明显高于对照组和加藻组,这可能要归因于螺类的牧食去除了沉水植物表面附着生物。实验中蓝藻堆积和螺类牧食对苦草的各项生长指标均无显著的交互作用,但蓝藻对苦草生长的抑制作用要远大于螺类对植物生长的促进作用。研究证实了在富营养浅水湖泊中,水华蓝藻在湖泊沿岸带的堆积会严重胁迫沉水植物的生长,而底栖螺类的牧食活动则能在一定程度上提高植物在不良环境下的生存能力。     

不同氮源对苦草(Vallisneria natans)生长及生理指标的影响

通过实验室静态模拟,研究了在富营养条件下(4.0 mg.L-1TN,0.2 mg.L-1TP)不同比例铵态氮和硝态氮(6∶0、5∶1、3∶3、1∶5和0∶6)对苦草〔Vallisneria natans(Lour.)Hara〕的生长与生理指标的影响。结果表明,随着铵态氮和硝态氮比例的下降,苦草相对生长率和蛋白质含量先升高后下降,超氧化物歧化酶(SOD)和谷氨酰胺合成酶(GS)活性逐渐下降,硝酸还原酶(NR)活性逐渐升高。在4.0 mg.L-1TN和0.2 mg.L-1TP条件下,若不考虑磷的作用,高浓度铵态氮对苦草的生理功能有影响,对其生长有明显的抑制作用;而当铵态氮浓度小于0.67 mg.L-1时却可以促进苦草的生长。     

Spacer elongation and plagiotropic growth are the primary clonal strategies used by Vallisneria spiralis to acclimate to sedimentation

The aim of this study is to identify how submerged macrophyte Vallisneria spiralis acclimate to sedimentation by investigating the growth, biomass allocation and clonal characteristics in a greenhouse experiment of 30 days. Experimental treatments combined two sediment types (mud and sand) with four sedimentation depths (0, 2, 4 and 8 cm) in a factorial design. Biomass accumulation (0.98–1.33 versus 0.36 g per plant) and relative growth rate (RGR, 0.082–0.093 versus 0.046 g g⁻¹ day⁻¹) decreased only in the 8 cm sand treatment. Neither sedimentation depth nor sediment type influenced biomass allocation. The ratio of spacer length to biomass was significantly higher in the 8 cm sand (20.4 cm g⁻¹) than in other treatments (6.0–8.5 cm g⁻¹). Branching angles and the depths between ramet basal and sediment surface were only affected by sedimentation depth. Clonal ramets developed nearly vertical branching angles (ranged from 78° to 101°) in the 0 cm sedimentation treatment, but the angles of treated plants decreased at the initial 3–5 ramets (ranged from 68° to 78° at the first ramet level), then remained a relatively constant value (about 90°) in the following spacers. These data indicate that plagiotropic stolons were formed to project the ramets to sediment surface and to escape sedimentation stress primarily by elongating spacer length and decreasing branching angle, rather than by adjusting biomass allocation.     

麦冬与山麦冬块根形态发育的比较研究

采用石蜡切片法,对不同发育阶段的麦冬和山麦冬块根进行了显微观察,结果表明麦冬和山麦冬块根均是在不定根的根尖部位形成,其生长发育主要依靠皮层细胞层数的增加和皮层细胞体积的增大来实现,但在麦冬与山麦冬中,两者在块根膨大中所起的作用有所不同:皮层细胞层数的增加和皮层细胞体积的增大在麦冬块根膨大的过程中均起着重要作用,而在山麦冬块根膨大的过程中则以皮层细胞层数的增加为主,皮层细胞体积的增大为辅。