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藻类爆发性生长是水体富营养化带来的问题之一。利用植物化感作用抑制藻类生长具有生态安全和快速高效的优点,对湖泊富营养化的生态控制具有非常重要的意义。
在沉水植物金鱼藻(Ceratophyllum demersum)和铜绿微囊藻(Microcystisaeruginosa)共生时,通过对藻细胞密度、叶绿素a浓度、藻胆蛋白含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性以及丙二醛(MDA)含量的测定,研究了金鱼藻对铜绿微囊藻的化感作用机制,实验过程中,铜绿微囊藻叶绿素a和藻胆蛋白(包括藻蓝蛋白、别藻蓝蛋白和藻红蛋白)都有不同程度的损伤;作用末期,藻蓝蛋白的损伤程度最大,叶绿素a次之。藻细胞SOD活性以及MDA含量均呈先升高后降低的趋势,结果表明,金鱼藻对铜绿微囊藻有明显的抑制作用,作用96 h后藻细胞完全死亡。排除营养和光照的影响,认为抑制作用主要是由金鱼藻分泌的化感物质产生的化感作用引起的。同时,铜绿微囊藻对金鱼藻也有一定胁迫作用,使其生长量减少,叶绿素a和类胡萝卜素含量降低。
用C18-SPE富集新鲜金鱼藻分泌的化感物质,分别用正己烷、二氯甲烷和甲醇进行洗脱,洗脱液进行藻类生物测试和成份分析。通过气质联用(GC-MS)在二氯甲烷和甲醇洗脱液中检出植醇、苯甲酸、辛酸、十六酸和十八酸等化学成分。选择植醇进行生物测试,结果表明,植醇虽然对铜绿微囊藻的生物量没有明显抑制,但对其SOD活性产生影响,低浓度处理使其活性升高,高浓度处理使其降低。脱落酸,一种水生植物中广泛存在的激素,对其化感作用的研究结果表明,较低浓度(1-10mg/L)和较高浓度(25-50mg/L)脱落酸均可对铜绿微囊藻的生长产生抑制作用,随着浓度升高,抑制作用增强。并且高浓度脱落酸会对铜绿微囊藻的叶绿素a、可溶性蛋白及藻胆蛋白含量产生显著抑制。
在添加外源性脱落酸的条件下,研究了金鱼藻与铜绿微囊藻共生时金鱼藻的抗胁迫能力。分别采用一系列标准浓度的脱落酸进行处理,培养5天后测定金鱼藻生物量及部分生理生化指标。结果表明,铜绿微囊藻会对金鱼藻产生胁迫伤害,使其生物量减少。而低浓度(≤1.0 mg/L)脱落酸处理可以增加金鱼藻光合色素以及可溶性蛋白含量,提高超氧化物歧化酶(SOD)及过氧化物酶(POD)活性,并减少丙二醛(MDA)的积累,能减轻金鱼藻所受胁迫。而高浓度(≥2.5 mg/L)脱落酸处理使金鱼藻光合色素含量降低,但并不影响其生长。添加0.5-1.0 mg/L脱落酸对提高金鱼藻抗胁迫能力的效果最好。