不同环境背景下抗生素磺胺对三种水生植物的影响研究

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随着人类活动的加剧,导致气候变暖和富营养化现象越来越严重,同时加速了生物入侵。近年来,磺胺类抗生素由于使用范围广,用量较大,经由不同途径进入环境,对生态系统和水资源构成较大潜在风险。喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides)是我国危害最严重的入侵水生植物之一。为了探究磺胺类抗生素污染在不同温度、富营养化和竞争等背景下对外来入侵种生物量、形态和生理特征的综合影响,本论文以入侵种喜旱莲子草为研究对象,本地种水龙(Ludwigia peploides)和外来种粉绿狐尾藻(Myriophyllum aquaticum)为对照材料,开展了模拟受控实验,研究内容和结果如下:1.模拟富营养化条件下探究抗生素磺胺对喜旱莲子草生长和生理的影响,与本地种水龙对照,设置了三个营养梯度(TN 0.6 mg/L,TP 0.03 mg/L;TN 4 mg/L,TP 0.20 mg/L和TN 8 mg/L,TP 0.40 mg/L)和三个磺胺浓度(0 mg/L,20 mg/L和50 mg/L)。结果显示,磺胺对喜旱莲子草和水龙两种植物的生长均产生抑制作用,并产生剂量依赖性,根长、株高、相对生长率和可溶性蛋白质含量等随着磺胺浓度的升高显著下降。高浓度磺胺对喜旱莲子草根长和叶生物量等特征的抑制率显著低于水龙,喜旱莲子草对胁迫的耐受力更强。高营养显著增强了喜旱莲子草和水龙的生长表现和分株能力,两种植物的地上、地下生物量和分株数都显著增加。营养添加缓解了磺胺的胁迫效应,与对照组相比,高营养显著增加了磺胺处理后两种植物的相对生长率。2.为探究不同温度下抗生素磺胺对入侵种喜旱莲子草生长和生理特征的影响,并与本地种水龙对照,设置了三个温度(15℃,25℃和30℃)和三个磺胺浓度(0mg/L,20 mg/L和50 mg/L)。结果显示,在15℃条件下,磺胺对两种植物的生长无显著影响,仅喜旱莲子草的叶片C和N含量显著增加,体现了对低温下胁迫的适应对策。在25℃和30℃条件下,磺胺对植物的根影响最强烈,使得根长及根生物量的减少比株高和叶生物量的减少更加明显,对根的化学计量特征影响显著。温度对喜旱莲子草和水龙均有显著影响,升温显著提高了两种植物根长、株高、健康叶片数、比叶面积、地下生物量、根冠比、相对生长率和不同器官的元素含量;磺胺的添加并未改变温度对喜旱莲子草和水龙的影响趋势。3.为研究竞争背景下抗生素磺胺对喜旱莲子草生长的影响及土壤酶对磺胺的响应,选择外来种粉绿狐尾藻和本地种水龙作为竞争对象,设置了七种种植模式(单种:三种植物分别各种一株,混种:三种植物分别两两组合1:1混种及三种植物各一株混种)和两个磺胺浓度(0 mg/kg和20 mg/kg)。结果显示,磺胺对三种植物的生长均有显著的负面效应,同时植物通过氧化应激的防御机制(超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、过氧化物酶和丙二醛显著增加)缓解胁迫;磺胺添加显著改变了三种植物的相互作用模式,三种植物在无磺胺条件下互为竞争,而在添加磺胺下转变为互利;三种植物中水龙的总生物量和株高最大,生长表现较好,但受喜旱莲子草的竞争影响大,喜旱莲子草受两种物种的竞争影响最小;土壤中的磺胺会导致脲酶和脱氢酶活性显著降低。
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