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氮磷等营养物质大量进入水体,引起湖泊富营养化,沉水植被退化和消失,导致水生态系统的结构破坏和功能异化,成为世界范围内的普遍现象。虽然沉水植被在水生态系统中的重要作用已得到广泛认识,沉水植被的恢复研究也在世界范围内广泛开展。但富营养化对沉水植物的影响机理,沉水植物对氮磷营养压力的响应机制以及在营养压力条件下,沉水植物种群退化的生物学机制尚不清楚。因此,研究氮磷营养压力和种间作用对沉水植物生理生化的影响,以揭示沉水植物退化的机理,是一个亟待解决的问题。
本论文采用我国分布广泛的沉水植物——苦草为研究对象,在室内模拟系统中,1)研究了氮磷对苦草相对生长率、蛋白相对变化率、抗氧化系统的SOD和POD酶活性、硝酸还原酶活性、MDA含量和可溶性糖含量的影响,探索营养压力对苦草的胁迫作用以及苦草对营养压力的响应;2)测定了氮磷对与金鱼藻共生苦草的相对生长率、蛋白相对变化率、抗氧化系统的SOD和POD酶活性、硝酸还原酶活性、MDA含量和可溶性糖含量的影响,探讨了在营养压力下,金鱼藻对苦草的胁迫作用。本研究的主要目的是阐明氮磷和金鱼藻对苦草生理生化过程的胁迫作用,为揭示沉水植物的退化机理提供理论基础,以指导富营养湖泊控制和生态系统修复。其重要研究成果如下:
(1)氮磷对单生苦草的生理生化影响的试验表明:氮的持续输入对单生苦草产生伤害,导致苦草相对生长率由0.89下降至0.64,MDA含量由5.17升高至10.04mmol/mg DW。高氮低磷营养的持续输入可能是引起苦草衰退的直接因素。而氮磷同时持续输入时,与其他营养组相比,苦草相对生长率高达1.69,蛋白相对变化率高达1.81,MDA含量低至4.92 mmol/mg DW,酶活性状态稳定,生长状况和生理活性良好,说明N/P可能是保障苦草正常生长的关键性因素。
(2)氮磷对共生苦草的生理生化影响的试验表明:无论水体中是否有营养输入,金鱼藻都会使共生苦草启动自我保护机制,增加可溶性糖积累,表现出抗逆性;当水体中的氮、磷营养成为限制因子时,金鱼藻会抑制共生苦草的SOD和POD酶活,降低苦草对其他不良环境的适应能力;当外源性氮营养大量输入时,金鱼藻使苦草相对生长率上升,蛋白相对变化率上升,MDA含量下降,缓解了氮对苦草造成的伤害作用;金鱼藻对苦草的作用不仅与水体中营养状况有关,也与共生的时间有关。共生初期,营养输入会减弱金鱼藻对苦草的伤害作用;长期共生,营养的持续输入会增强金鱼藻对苦草的伤害作用;金鱼藻对苦草的胁迫与营养有很大的关系。
(3)苦草的生长、衰退和消亡与水体中的氮磷状况有关。当苦草单生时,氮的持续输入对苦草有伤害。而磷和金鱼藻的存在可缓解了氮对苦草造成的伤害作用。因此,高氮低磷营养的持续输入可能是引起单生苦草衰退的直接因素。当苦草与金鱼藻共生竞争时,金鱼藻可增强氮磷营养对苦草的胁迫效应,降低其抗逆性,加速其消亡。研究揭示耐污性强的沉水植物(金鱼藻)与耐污性差的沉水植物竞争时,可加速耐污性差的沉水植物的消亡。