化感作用抑制有害藻类生长的研究进展

利用植物化感作用抑制有害藻类生长的方法具有生态安全性好、快速高效等优点, 为有效控制有害藻类的爆发提供了新思路。论文从化感作用的概念、化感抑藻机理、陆生植物对藻类的化感抑制作用、水生植物对藻类的化感抑制作用等方面进行了论述, 并对植物化感作用抑藻技术的研究方向进行了展望, 提出对化感物质在环境中的降解特性、化感物质选择性抑藻机理及具有活性的化感物质的人工合成等方面需要做更深入的研究。     

基于化感物质释放特性的沉水植物抑藻作用模式研究进展

沉水植物对藻类的化感抑制作用,是沉水植物获取竞争优势和维持清水稳态的重要机制之一。化感物质是由植物产生并释放到水环境中的次生代谢产物,化感物质的有效释放和作用是实现沉水植物化感抑藻作用的关键环节。因此,在化感物质释放水平阐明沉水植物化感抑藻的作用模式、过程和机制具有重要意义。通过比较沉水植物化感物质释放到水环境中的种类、含量和常规急性毒性测试中化感物质的抑藻效果,发现沉水植物化感物质在释放水平上的作用模式不同于常规急性毒性试验中的单次作用。为了回答沉水植物化感物质在释放水平如何高效抑藻的问题,结合化感物质的释放特性,重点从化感物质的联合作用和持续作用等角度探讨沉水植物化感抑藻的作用模式,提出沉水植物可能通过多种化感物质低剂量持续释放的方式,实现对目标藻类的持续协同控制。今后有必要进一步结合沉水植物与目标藻类的共存系统与原位实验,借助分析化学、植物化学、细胞和分子生物学的技术手段,从生态学水平加强沉水植物化感抑藻作用机制研究。     

溶藻细菌对固氮藻氮代谢的影响

随着水体富营养化的加剧,有害藻类水华和赤潮的爆发日趋频繁,导致水质的恶化,水体资源丧失其功能和价值。修复藻型富营养化水体生态系统可以从控制藻类繁殖和调整藻类群落结构方面着手,使整个水生     

植物化感作用研究进展——以抑制铜绿微囊藻生长为例

水体富营养化引起的藻华问题依旧是当前世界共同面对的难题,其中植物释放化感物质应对藻华是高效低耗的手段,受到国内外研究者的青睐.综述了不同水生植物和陆生植物对铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)的生长影响,总结了抑制铜绿微囊藻的植物种类、研究方法、化感作用效果以及化感作用机理,归纳了各种植物的化感作...     

伊乐藻生物碱的GC-MS分析及其对铜绿微囊藻的化感作用

藻类暴发性生长是水体富营养化带来的环境问题之一,利用植物化感作用抑制藻类生长作为一种新型的生物抑藻技术在近年来开始受到研究者的重视,并取得了一定的研究成果。文章采用GC-MS联用技术鉴定出伊乐藻中的9种生物碱成分,还研究了其总生物碱对铜绿微囊藻的化感作用。结果发现添加总生物碱的处理组中铜绿微囊藻生物量均受到了抑制,在总生物碱的浓度为62.0mg/L时,3d后铜绿微囊藻的抑制率为44.0%,表明伊乐藻总生物碱对铜绿微囊藻的生物量增长具有明显的抑制作用。该结论为通过沉水植物恢复富营养化水体提供了重要依据。       

粉绿狐尾藻（Myriophyllum aquaticum）对铜绿微囊藻（Microcystis aeruginosa）的化感抑制效应及其生理机制

由于生物法,尤其是水生植物化感控藻方法在治理水体富营养化及水华现象中具有多方面的优势,近年来该领域的理论和技术研究备受世界各国关注.采用初始添加种植水和连续添加种植水的方法,研究挺水型粉绿狐尾藻对铜绿微囊藻的化感抑藻效应,并从光合作用的角度探讨其对铜绿微囊藻化感抑制的生理生态机制及作用靶点.研究结果表明:粉绿狐尾藻能够分泌某些化感物质有效抑制铜绿微囊藻的正常生长,其抑藻效应是通过连续释放某些化感物质作用于铜绿微囊藻而实现的,且具有累积性;粉绿狐尾藻分泌化感物质对铜绿微囊藻的Chl a、PC及APC的损伤程度存在差异(如处理5 d后,Chl a、PC、APC的相对含量分别降至52.7%、15.3%、7.6%),其中藻胆蛋白(尤其是APC)比Chl a 更为敏感,说明藻胆蛋白是粉绿狐尾藻化感物质抑制铜绿微囊藻的关键靶点.研究为水生植物化感控藻技术的发展提供了新的材料,并有助于深入了解水体生态系统的化学生态作用及其机制.     

淡水水生植物化感作用研究进展

水生植物的化感作用对淡水生态系统中水草的可持续管理和湖泊富营养化的生态控制具有非常重要的意义。本文综述了淡水水生植物化感作用的发展历史和研究现状,讨论了水生植物化感作用研究过程中所涉及的实验方法、生物测试方法、化感物质分离方法以及影响水生植物化感研究的环境因素。抑藻圈试验、藻类生长试验和浮萍生长试验是常用的生物测试方法;采用共生培养或单独培养的方法,从种植水中分离、鉴定化感物质,对证实复杂水环境中水生植物化感作用的存在,研究它们化感物质的释放途径和作用机理都具有十分重要的作用。     

微囊藻气囊尺寸与gvpA/gvpC基因的关系

我国是世界上湖泊富营养化最严重的国家之一。太湖、巢湖、滇池等大型浅水湖泊由于富营养化导致蓝藻水华连年爆发, 水质日趋恶化,丧失了原有的功能, 制约着地区经济发展。水华一般是指藻类过量繁殖形成的水体表面聚集物1。在我国, 微囊藻(Microcystis)和某些蓝藻是造成水华的最为常见的种类2。蓝藻水华可产生异味物质、腐烂发臭, 还可产生毒素危害人类健康。       

沉水植物化感作用控藻能力评述

沉水植物所释放的化学物质对藻类的抑制作用是浅水湖泊维持清水状态的机制之一.本文从具有化感活性的沉水植物在湖泊中出现的频度、盖度、化感物质的种类、抑藻效应等方面对化感控藻进行了评述.已有研究结果表明：穗花狐尾藻、金鱼藻、伊乐藻等是具有很高活性的沉水植物,尤其是在其生物量达到一定程度,且湖泊中的优势藻为较敏感的种类时,沉水植物分泌的化感物质对浮游藻类的抑制作用更强;沉水植物释放的多酚类等化感物质具有控藻能力;化感物质对于不同种类藻的抑制作用具有选择性,蓝藻和硅藻比绿藻更为敏感,附生藻类通常比浮游藻类具有更高的耐受性;环境因素如光照、营养限制、温度等会显著影响沉水植物化感作用效果.沉水植物的化感控藻研究尚处于初始阶段,关于环境因素对化感作用的影响、化感物质的分离鉴定、选择性抑藻机理以及化感物质代谢途径等方面还有待深入、全面的研究.     

溶藻细菌

利用溶藻细菌防治水华和赤潮,作为富营养化水体藻类生物防治的方法已经受到广泛关注.多项研究表明,许多溶藻细菌能分泌胞外活性物质,对宿主藻类的生长起抑制作用.因此,分离筛选环保、高效、专一的溶藻活性代谢产物,最终开发安全、高效的生物杀藻剂已经日渐成为治理藻类水华和赤潮问题的方法之一.近年来,国内外相关人员和机构对溶藻细菌的溶藻机理以及溶藻活性物质的分离、提纯和鉴定进行了较为深入的基础性研究.     

超声波对铜绿微囊藻与蛋白核小球藻生理特征及竞争生长的影响

铜绿微囊藻是常见的水华蓝藻,常常在湖泊中与蛋白核小球藻共存或竞争生长。超声波可用于藻华即时治理,能够降低藻类生理活性,影响藻类生长,还可能改变藻类种间竞争关系。为了探究超声胁迫(35 kHz,0.035 W·cm^-3)对铜绿微囊藻与蛋白核小球藻的生理特征及种间竞争的影响,本研究设置纯藻组和1:1混合组(细胞浓度比)进行试验。结果表明: 铜绿微囊藻对超声胁迫更加敏感。超声处理600 s后,铜绿微囊藻的光合活性(F_v/F_m)和酯酶活性存在显著变化,纯藻组和混合组的F_v/F_m分别降低了51.8%和64.7%。而各组中蛋白核小球藻的光合活性变化较小。同时,铜绿微囊藻释放的荧光溶解性有机物(类色氨酸、类酪氨酸、类富里酸物质)含量多于蛋白核小球藻。两种藻的细胞浓度对超声波的响应也不同,蛋白核小球藻变化较小,而铜绿微囊藻的细胞浓度出现不同程度的下降。尤其是600 s超声处理大幅降低了混合组中铜绿微囊藻的细胞浓度(-42.6%),在超声胁迫解除后的8 d内蛋白核小球藻占优势,种间关系由铜绿微囊藻单边抑制蛋白核小球藻转变为两者互相抑制。在超声处理后,铜绿微囊藻的活性能够逐渐恢复,为了提高控藻效果的持久性,建议在一周后再次进行超声处理。     

铜锈环棱螺对水华中常见藻类的抑制效应

藻类水华频发已成为全球性的水环境问题,近年来,生物控藻法因具有环境友好的特点而备受关注。本研究以我国富营养化湖泊中常见大型底栖动物铜锈环棱螺为操纵生物,通过室内培养试验,研究了其对水华水体中常见蓝藻铜绿微囊藻、绿藻普通小球藻和斜生栅藻生长及光合活性的影响,以期阐明螺-藻间相互作用关系,探究铜锈环棱螺作为生物操纵物种的可行性。结果表明: 铜锈环棱螺能在短时间内大量摄食藻细胞,其对铜绿微囊藻产毒株和不产毒株以及斜生栅藻的去除率均在12 h内达到最大值,分别为73.7%、73.2%和51.1%;其对普通小球藻的摄食强于其他藻类,至试验结束时去除率达到99.2%。产毒铜绿微囊藻产生的微囊藻毒素会在铜锈环棱螺体内累积并促发其肝脏病理学变化,进而阻碍铜锈环棱螺的摄食。试验后期各处理组藻细胞光合活性均显著低于对照组,表明铜锈环棱螺的摄食作用对藻细胞造成了损伤,抑制了其大量增殖。此外,当不产毒铜绿微囊藻与斜生栅藻混合时,铜锈环棱螺的选择摄食性导致微囊藻的优势地位被斜生栅藻所取代。因此,铜锈环棱螺可以通过摄食作用抑制藻类的光合活性并降低其生物量,从而在一定程度上抑制或减缓水华的形成。     

巴茅草水浸提液对3种作物种子萌发及幼苗生长的化感作用

本文以发芽率、发芽速度指数、发芽指数、根长、茎长和生物量为种子萌发和幼苗生长参数,研究不同生长时期巴茅草叶片和茎秆水浸提液对白菜、生菜、水稻的化感作用。结果表明: 巴茅草叶水浸提液化感作用强于茎秆水浸提液,叶水浸提液处理后受体植物的发芽指数和生物量均显著低于茎水浸提液。枯萎期巴茅草的化感作用强于生长旺盛期。不同浓度巴茅草叶水浸提液对3种作物的化感作用存在明显的量效关系,浸提液浓度越高,巴茅草的化感抑制作用越强。巴茅草叶水浸提液对白菜和生菜各萌发指标100%抑制的浓度分别为0.075和0.10 g·mL^-1;而0.10 g·mL^-1巴茅草叶水浸提液对水稻发芽率、发芽速度指数、发芽指数的抑制率分别为13.8%、27.2%、19.3%。巴茅草叶水浸提液对白菜和生菜各生长指标100%抑制的浓度分别为0.05和0.10 g·mL^-1;而0.10 g·mL^-1巴茅草叶水浸提液对水稻根长、茎长、生物量的抑制率分别为64.6%、92.9%、21.8%。结合种子萌发和幼苗生长的综合化感指数,3种供试作物对巴茅草化感作用的敏感程度为白菜>生菜>水稻。     

温度对外源性32P在水、铜绿微囊藻和底泥中迁移的影响

采用同位素示踪法,在实验室模拟研究不同温度下外源性无机磷酸盐在水、铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)和底泥中的迁移过程.外源性³²P加入水中后,首先是一种与温度无关的快速物理化学分配,大量溶解性磷酸盐迅速进入底泥和微囊藻中.随后水中³²P的迁移主要受微囊藻生长状况的影响.温度升高有利于微囊藻的生长,并提高了微囊藻吸磷的速度.微囊藻中最大外源性磷浓度只与水环境中的初始磷浓度有关.25℃时铜绿微囊藻的生长曲线有7d的对数期,没有明显的稳定期就转入衰亡期.在25℃时,当微囊藻超积累P到一定程度后,其对数生长同细胞内含P量无关.随着时间的推移,外源性³²P不断向底泥中迁移,实验末期所有的³²P都转移到底泥中.提高温度使水中溶解性外源性磷的下降速率加快,7d后水中溶解的外源性磷浓度低于0.00716mg·L^-1.     

Intracellular phosphorus metabolism of Microcystis aeruginosa under various redox potential in darkness

Phosphorus metabolism of Microcystis aeruginosa was studied under gradient redox potential from 252 mV to –70 mV in darkness. The release of phosphorus occurred in all the treatments, and this process was accelerated in darkness when the redox potential was lowered. Low redox potential in darkness stimulated the accumulation of polyphosphate (PolyP) and the degradation of polyglucose. The synthesis of PolyP delayed the decrease of intracellular orthophosphate. The death of M. aeruginosa was slowered when the redox potential was low in darkness. The accumulation of PolyP under low redox potential in the dark was very important to M. aeruginosa for endurance through the unfavorable growth conditions for maintaining phosphorus concentration, energy storage, and other physiological functions. The ability to accumulate PolyP in the dark and negative redox potential may be of considerable advantage in the low-light, organically rich, and low-redox habitats.     

Allelochemicals released by rice roots and residues in soil

A few rice (Oryza sativa L.) varieties or rice straw produce and release allelochemicals into soil in which interfere with the growth of neighboring or successive plants. Allelopathic rice PI312777 and Huagan-1 at their early growth stages released momilactone B, 3-isopropyl-5-acetoxycyclohexene-2-one-1, and 5,7,4′-trihydroxy-3′,5′-dimethoxyflavone into soil at phytotoxic levels, but non-allelopathic rice Huajingxian did not. Both allelopathic and non-allelopathic rice residues released momilactone B and lignin-related phenolic acids (p-hydroxybenzoic, p-coumaric, ferulic, syringic and vanillic acids) into the soil during residue decomposition to inhibit successive plants. The results indicated that allelochemicals involved in rice allelopathy from living and dead plants are substantially different. Interestingly, the concentrations of the allelochemicals released from the allelopathic rice seedlings in soil increased dramatically when they were surrounded with Echinochloa crus-galli. The concentrations of the allelochemicals were over 3-fold higher in the presence of E. crus-galli than in the absence of E. crus-galli. However, the same case did not occur in non-allelopathic Huajingxian seedlings surrounded with E. crus-galli. In addition to allelochemical exudation being promoted by the presence of E. crus-galli, allelopathic rice seedlings also increased allelochemical exudation in response to exudates of germinated E. crus-galli seeds or lepidimoide, an uronic acid derivative exuded from E. crus-galli seeds. These results imply that allelopathic rice seedlings can sense certain allelochemicals released by E. crus-galli into the soil, and respond by increased production of allelochemicals inhibitory to E. crus-galli. This study suggests that rice residues of both allelopathic and non-allelopathic varieties release similar concentrations and types of allelochemicals to inhibit successive plants. In contrast, living rice plants of certain allelopathic varieties appear to be able to detect the presence of interspecific neighbors and respond by increased allelochemicals.     

Use of molecular markers as indicators for winter zooplankton grazing on toxic benthic cyanobacteria colonies in an urban Colorado lake

Laboratory experiments provide no general answer to the question of whether zooplankton affects cyanobacteria or are affected by prokaryotes. A cyanobacterium may be grazed upon as small colonies, and the same species, as larger colonies, may inhibit zooplankton feeding. Within zooplankton, different species or groups may be affected differently. With this background we set out to detect winter zooplankton grazing and toxicity of overwintering populations of Microcystis aeruginosa. A polymerase chain reaction (PCR) method with oligonucleotide primers for the mcy gene cluster that encodes microcystin synthetase was employed for detection of M. aeruginosa reminiscent products in grazing cladocera. In our field studies, we detected the mcy gene cluster in strains of overwintering colonies of benthic Microcystis and also confirmed the expression of toxicity by quantitative PCR, phosphatase inhibition and enzyme-linked immunosorbent assays (ELISA). We further confirmed the presence of the mcy gene cluster in DNA and RNA isolated from sampled Daphnia magna specimens, indicating that zooplankton in the natural environment may ingest toxic Microcystis cells as part of their diet during winter months.     

两种树叶在华南地区陆地与水环境中的分解速率比较

利用粗细2种孔径的分解袋对两种树叶(蒲桃和白兰)在广州长岗山自然保护小区的陆地和池塘中分别进行了为期210d和60d的分解研究.在陆地环境中,蒲桃在粗细网袋中的分解速率分别为0.003318d^-1和0.003728d^-1,白兰在粗细网袋中的分解速率分别为0.009238d^-1和0.004379d^-1;在静水环境中,蒲桃在粗细网袋中的分解速率分别为0.009536d^-1和0.012591d^-1,白兰在粗细网袋中的分解速率分别为0.017949d^-1和0.020759d^-1.结果表明,两种树叶在陆地中的分解速率均慢于水环境.另外,由于富含丹宁的蒲桃叶片具有抑菌作用,因此,无论在陆地还是水环境,蒲桃树叶的分解速率均慢于白兰树叶.     

两株淡水微囊藻的藻蓝蛋白基因间隔序列(PC-IGS)分析

对2株编号为003和004的淡水水华微囊藻(Microcystis.sp)的藻蓝蛋白基因间隔序列进行测定,获得长度均为608bp的2条序列。同时从GenBank中获取铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa Kütz,NCBI序列号AJ003179)及惠氏微囊藻(Microcystis wesenbergii,NCBI序列号AF385391)的序列。分别运用MEGA3及ClustalX(Version1.83)软件对这4株藻的PC-IGS序列进行碱基组成分析和序列比对。碱基组成的比对结果表明4株藻的G+C含量分别为003(50.5%),004(51.7%),铜绿微囊藻(50.7%),惠氏微囊藻(52.3%),相差范围在0.2%~1.8%之间,其结果不足以区分这四株微囊藻;序列比对则表明003号藻株与铜绿微囊藻和惠氏微囊藻的序列相似性分别为100%和88.35%,而004号藻株与铜绿微囊藻和惠氏微囊藻的序列相似性比较结果为95.13%和89.04%。此外,文章还探讨了PC-IGS序列作为微囊藻种间鉴定分子标记的可行性。     

Biosorption of lead, cadmium and mercury by immobilized Microcystis aeruginosa in a column

Immobilized Microcystis aeruginosa in a flow-through sorption column was evaluated for the potential to remove Pb²⁺, Cd²⁺ and Hg²⁺ from aqueous solutions. M. aeruginosa showed high affinity for the three heavy metals with removal efficiency of 90% for Cd²⁺ and Hg²⁺, and 80% for Pb²⁺ at saturation conditions. Competitive sorption experiments conducted in paired and ternary systems indicated that Pb²⁺ was sequestered preferentially over Cd²⁺ and Hg²⁺. The presence of Cd²⁺ interfered only slightly with the uptake of Hg²⁺, as Pb²⁺ and Hg²⁺ did with Cd²⁺. In contrast, Hg²⁺ sorption was affected by Pb²⁺ to a great extent. Desorption with 1 M HCl was completed within 25 min with high efficiency and effectiveness for the three metals. The results of this study indicate that M. aeruginosa is to be a potential biosorbent material except when Hg²⁺ and Pb²⁺ are in the same contaminated solution.