植物凋落物浸提液化感抑藻效果及机理研究

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目前富营养化水体中水华爆发现象已成为世界主要环境问题,大量有害藻类在水体中爆发式增长,降低水体溶解氧,释放出大量藻毒素并腐败产生恶臭,破坏水体质量和水体景观,对水生生态系统及水资源利用产生重大威胁。因此寻求安全高效,价格低廉的抑藻剂成为现今本领域的重要课题之一。传统控藻技术如曝气混合技术、化学试剂、微生物控藻技术都存在明显的缺点,有学者认为利用植物化感作用可能是控制富营养化水体中的有害藻类大量繁殖的有效手段。目前,具有化感活性物质的各类植物被认为是天然抑藻剂的潜在来源。基于文献查询,本文首先从常见植物中筛选出了10种被报道含有抑藻活性物质的植物,研究了此类植物凋落物浸提液对富营养化水体中常见水华藻的抑藻效果,发现银杏叶浸提液抑藻效率高,且见效快、生态安全度高。并进一步研究了银杏落叶不同浓度浸提液对水华微囊藻的抑藻效果,确定最佳给药浓度。第二,利用高通量测序技术及荧光定量PCR,从分子层面深入、系统地研究了银杏落叶浸提液对水华微囊藻的抑藻机理。第三,通过模拟水体自然环境,研究银杏落叶浸提液对浮游植物群落的整体抑藻效果及其对水体环境的影响。本论文主要结论如下:(1)植物凋落物抑藻效果研究与最佳植物种类确定选择10种不同生长类型植物对3种水华藻(黄丝藻、铜绿微囊藻、水华微囊藻)进行室内纯培养条件下的抑藻实验;结果表明,不同植物浸提液对不同藻类的抑藻效果存在特异性。总体看,10种植物浸提液对微囊藻的抑制效果优于黄丝藻。4种木本植物中,银杏和柳树浸提液对3种水华藻均有快速高效的抑藻效果,3种草本植物和3种水生植物对微囊藻属的抑制效果更好。(2)银杏落叶浸提液抑制水华微囊藻的生理和分子机制探究银杏落叶浸提液随着时间及浓度的增加,抑制水华微囊藻的效果逐渐增强。3 g L-1的银杏落叶浸提液对水华微囊藻生长有明显抑制效果,96 h对藻细胞生长的抑制率达到75.51%。但浓度为12 g L-1的银杏落叶浸提液抑制效果略低于6 g L-1浸提液的抑制效果。通过高通量测序技术及荧光定量PCR证实藻细胞光合系统是银杏落叶浸提液抑藻的重要靶位点,经银杏落叶浸提液处理后,水华微囊藻差异基因表达数量明显,主要包括光合作用、硫代谢、细胞膜及酶活性等相关基因。藻细胞光合活性明显降低,PSII反应中心和电子传递过程抑制作用显著。(3)银杏落叶浸提液抑藻效果中试模拟研究通过模拟自然条件下的富营养化水体环境,验证银杏落叶浸提液对浮游植物群落结构组成和水质的影响。实验结果表明银杏落叶浸提液能够有效降低水体中蓝藻数量和水体中叶绿素a含量。投加银杏落叶浸提液前,浮游植物群落组成以蓝藻门为绝对优势种,占总数量的92.34%,投加银杏落叶浸提液后,水体中浮游植物群落优势种由蓝藻转变为空星藻属、浮球藻属、微芒藻属和顶棘藻属等绿藻。实验7 d后,蓝藻数量下降到总数量的41.54%,浮游植物群落结构恢复到相对稳定健康的状态。添加银杏落叶浸提液后,水体TN、NH3-N含量有出现降低,但与对照组无显著差异,水体几种主要的理化指标没有显著影响。通过生态安全性实验判断,浓度低于12 g L-1的银杏落叶浸提液对斑马鱼没有致死性,对沉水植物(苦草、穗花狐尾藻和伊乐藻)没有显著影响。本论文系统地研究比较了同一条件下不同植物浸提液的抑藻效果,首次选择银杏落叶作为抑藻材料,深入分析其抑藻机理及在实际工程应用的可行性,以期实现废物资源有效再利用。另外,微囊藻死亡时释放的微囊藻毒素与水生生态系统中微生物和浮游动植物之间的化感作用将成为今后进一步研究方向。
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