通过液液萃取、薄层层析分离出香蒲叶浸提液中化感活性最高的组分,利用气质联用(GC-MS)技术对其化感物质进行分离与结构鉴定来探究香蒲(Typha orientalis)不同组织部位浸提液对铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)的化感作用及其作用机理.结果表明:香蒲不同部位对铜绿微囊藻的抑制作用强弱不同,抑制活性为叶浸提液＞根浸提液＞蒲黄浸提液,其中叶浸提液最高抑制率72.35％;香蒲叶浸提液对铜绿微囊藻的化感作用表现出低浓度(≤5 g·L-1)促进、高浓度(≥10 g·L-1)抑制现象(低促高抑效应),铜绿微囊藻细胞内叶绿素a含量下降,细胞膜透性增大,SOD活性和MDA含量均呈现先增加后下降的趋势;GC-MS结构表征结果表现为香蒲叶中主要化感物质为酚酸、脂肪酸、酯、酮和酰胺类等物质.该结果为香蒲应用于爆发水华的水生态系统治理提供了一定的理论指导意义.

随着经济和社会快速发展,水体富营养化是面临的主要生态环境问题之一,会引起蓝藻水华等生态系统的异常响应.利用化感物质抑藻是较为生态高效的抑藻措施之一.总结了具有抑藻作用的沉水植物、挺水植物和浮水植物的种类及其能抑制的藻类.并从水生植物抑制藻类生长的作用方式出发,总结出抑藻方式主要有水生植物与藻类共培养、水生植物种植水作用于藻类、水生植物提取物或纯化后的化感物质作用于藻类这3种.并对今后水生植物抑藻效应及机理等方向的研究进行了展望.

以中草药植物绞股蓝[Gynostemma pentaphyllum (Thunb.) Makino]为化感供体材料,研究其不同浓度的提取液(0、5、10、25、50 g/L)对蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidesa)生长及生理生化特征的化感效应.结果 表明:(1)绞股蓝提取液对蛋白核小球藻生长均具有抑制作用,其抑制作用随提取液质量浓度增大和培养时间延长均呈增强趋势,且25 g/L绞股蓝提取液培养15d时的抑制率达到最大(79.41％).(2)各浓度绞股蓝处理组蛋白核小球藻细胞内的叶绿素a含量均低于对照组,且随着提取液浓度升高以及处理时间延长叶绿素a含量较对照的降低量越多,表明蛋白核小球藻光合作用受到的影响也越大.(3)绞股蓝处理组蛋白核小球藻细胞的膜透性(吸光度OD264)显著高于对照,且膜透性随着提取液浓度增大而增强;高浓度提取液处理下,藻细胞内部的可溶性蛋白质(OD280)及核酸(OD260)含量均显著高于对照,且随着处理时间延长,细胞膜透性增大,细胞内部的可溶性蛋白质及核酸向胞外渗透增多.研究发现,绞股蓝提取液能够抑制蛋白核小球藻生长,并随着提取液质量浓度增大而增强;绞股蓝提取液能促进藻细胞叶绿素分解、增加细胞膜透性,引起可溶性蛋白质和核酸向胞外渗透量升高,导致藻细胞结构受损,代谢功能紊乱,从而达到化感抑制作用.

沉水植物与微生物藻类是水生生态环境的重要组成部分,二者可能存在竞争关系,而沉水植物往往可以利用化感作用获得优势.为探究沉水植物对淡水微藻的化感抑制作用,选择斜生栅藻作为受试生物,探究了金鱼藻、箬叶藻(马来眼子菜)及其混合培养对斜生微藻生长和生理表型的影响.结果表明,在与沉水植物共培养条件下,斜生栅藻的生长受到显著的抑制作用,在箬叶藻处理下的抑制率最高可达95.7％,并且叶绿素含量下降、丙二醛、抗氧化酶活性升高,其叶绿素含量下降、叶绿素自发荧光改变提示光合系统的破坏,丙二醛、抗氧化酶活性升高表征了抗氧化系统的受损,证明两种沉水植物及其混培均有强烈的抑藻作用,可导致藻细胞出现一系列的受损,并且箬叶藻(马来眼子菜)的作用更强.为确定化感抑制作用机理的探究、相关表型的分析、沉水植物与微藻的生态学关系研究提供了科学基础.

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用特点,提出了植物化感抑藻研究中存在的问题,展望了植物抑藻效应的发展方向和前景.

水生植物按挺水、浮水、沉水植物分成3类,分别列举出常见的具有化感抑藻作用的水生植物及其抑制藻类.总结出化感物质抑藻具有选择性、低促高抑等特点,同时不同化感物质之间还存在协同、相加和拮抗作用,并从光合系统、细胞膜、酶活性等细胞水平和基因水平出发介绍了水生植物化感抑藻的作用机制.针对水生植物日常代谢的化感物质浓度较低以及实验室效果能否较好地应用于工程项目,今后的研究重点将是具有高效抑藻作用的化感物质的人工提取或合成,及其在自然水体中的实际应用研究.

针对净水厂除藻问题,选取壳聚糖纤维和金属有机骨架(metal organic framework,MOF)为原材料,制备具有较强抑藻性能的复合材料CS-MOF,研究CS-MOF纤维对铜绿微囊藻生长、细胞结构、光合作用、抗氧化酶活性以及微囊藻毒素的影响.结果表明:CS-MOF纤维能够有效抑制铜绿微囊藻生长,抑制率随投加量的增加而升高,当投加量为0.6 g/L时,第12天的抑藻率可达85.6％.扫描电镜图显示,处理组的藻细胞受损严重,细胞形态发生显著改变.实验过程中,处理组的藻细胞光合系统遭到破坏,藻体中叶绿素a、类胡萝卜素和藻胆蛋白含量均呈下降趋势,对藻胆蛋白的抑制率明显高于叶绿素a和类胡萝卜素的抑制率.CS-MOF纤维能够破坏藻细胞的抗氧化酶系统,通过抑制SOD活性,使藻细胞受到更严重的损伤.此外,CS-MOF纤维通过抑制藻类生长和吸附藻毒素,可有效降低总藻毒素含量.