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随着经济全球化的蓬勃发展,世界各地的工业化进程不断加快,由此带来的环境问题日益突出。其中由于水体中营养盐含量严重超标,富营养化程度加剧,导致蓝藻水华频发。在预防和治理水华的各种研究方法中,高等水生植物的化感抑藻作用以及微生物的溶藻作用成为目前研究的热点课题。 轮叶狐尾藻(Myriophyllum verticillatum L.)是常见的水生沉水植物,在全球广泛分布。大量研究表明其同属的穗花狐尾藻(Myriophyllum spicatum L.)具有良好的化感抑藻作用,那么轮叶狐尾藻是否也可以抑制蓝藻的生长?而且,轮叶狐尾藻生长在复杂的水体环境中,它的化感作用与水体中大量存在的微生物是否存在关联?为此,本研究创新性地首次探讨了轮叶狐尾藻与水体微生物联合对水华蓝藻铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)的抑制效应,取得以下结果: 1.轮叶狐尾藻与微生物联合抑藻效应轮叶狐尾藻(无菌)根、茎浸提液的抑藻效果较差,明显低于轮叶狐尾藻(含菌)根、茎浸提液的抑藻效能,p<0.05。从轮叶狐尾藻根、周际分离出两种微生物经16SrRNA基因分析鉴定分别为假单胞菌属(Pseudomonas)和不动杆菌属(Acinetobacter)。有趣的是,两种微生物单独抑藻作用效果也不佳,但与轮叶狐尾藻共培养后的种植水对铜绿微囊藻抑制作用明显增强,尤其是假单胞菌属与轮叶狐尾藻具有非常显著的协同抑藻作用。 2.轮叶狐尾藻与微生物联合抑藻的数学模型分析根据抑藻效果,建立了蓝藻生长的差分—微分方程以及藻密度关于时间的泛函偏微分方程,该方程组可以较好地预测和计算不同时间节点上、不同环境条件下的藻密度和半抑制浓度。 3.轮叶狐尾藻与微生物共培后化感物质的分离鉴定轮叶狐尾藻分别与两种微生物共培养,然后分别以有机溶剂萃取其化感抑藻物质,经大孔树脂纯化以及GC-MS分析表明,轮叶狐尾藻与微生物联合释放的化感物质主要有双丙酮醇、2-硝基丙烷、二乙二醇、碳酸二烯丙酯、1,2-二甲基乙酸丙酯等。 4.轮叶狐尾藻与假单胞菌属联合抑藻的机理研究轮叶狐尾藻与假单胞菌属共培后,其浸提液作用于铜绿微囊藻,可使藻细胞外液中可溶性蛋白(OD280)、可溶性核酸(OD260)和电导率增加,氧自由基(O2-.)和丙二醛(MDA)产生量增多,超氧化物歧化酶(SOD)活性逐渐降低,与同期对照组相比,变化均极显著,P<0.01。 从OLYMPUS荧光显微镜对藻细胞形态观察结果看,植物浸提液对藻细胞表现出明显地破坏作用;扫描电镜观察表明,随着浸提液浓度的增加,细胞表面由光滑完整逐渐变为粗糙、粘连,周围出现大量絮状物,直至细胞破裂溶解。 综上所述,高等水生植物与微生物联合可通过其协同作用显著增强抑藻效能。因此,在实际应用时可通过有目的地添加专一微生物,从而可大大减少单纯高等水生植物或微生物抑藻时所需要的植物盖度或微生物生物量。该研究对水华藻类的防治具有一定的参考意义。