论文部分内容阅读
水生植物的化感作用被认为是控制水华藻类的有效方法之一。本文选用具有显著化感作用的沉水植物穗花狐尾藻(Myriophyllum spicatum)及其释放的多酚,以蓝藻Microcystis aeruginosa905和绿藻Selenastrum capricornutum的光合作用为主要研究对象,研究它们的化感作用机理,并以多酚为基础探讨了化感物质对蓝藻和绿藻的联合作用,同时还系统分析了叶绿素荧光参数在化感作用研究中的应用。主要结论如下:
1、M aeruginosa905和S.capricornutum与不同浓度的穗花狐尾藻(5、10、15g/L)共培养三天,不同参数表现出不同的灵敏度而且两种藻的生长也受到了不同的影响.共培养第2d时,10g/L的穗花狐尾藻对M aeruginosa905细胞浓度和叶绿素含量表现出显著的抑制作用,而对叶绿素荧光参数显现出显著抑制的时间要早,第1d时,NPQ(非光化学淬灭参数),9N(非光化学淬灭参数)和YⅡ(有效量子效率),在5g/L穗花狐尾藻下的抑制率分别为20.83％、15.59％和13.00％,抑制作用显著；Fv/Fm(最大光化学量子产量)和Fv/Fm(PSⅡ光化学有效量子产量),在10g/L穗花狐尾藻下的抑制率分别为15.87％和12.07％,抑制作用显著,而且这种抑制作用随着浓度的增加和时间的延长有明显加剧的趋势。共培养第3d时,M.aeruginosa905快速光响应曲线及根据曲线所得到的Alpha、ETRmax和Ik在三种穗花狐尾藻浓度下都受到了明显的抑制。对于S.capricornutum,在与穗花狐尾藻共培养的三天内,细胞浓度及叶绿素荧光参数都没有受到显著的影响。结果说明,光合作用极有可能是穗花狐尾藻释放的化感物质抑制M.aeruginosa905生长的位点之一；穗花狐尾藻释放的化感物质在本研究范围内未对S.capricornutum产生明显的影响；水生植物对浮游植物的化感作用具有种间特异性。
2、焦性没食子酸(PA)、没食子酸(GA)、儿茶酸(CA)及鞣花酸(EA)对M.aeruginosa905和S.capricornutum的光合活性电子传递链表现出了不同的化感作用。首先研究了这四种多酚的72h半抑制浓度(EC50),采用了三种指标:细胞浓度、NPQ和YⅡ来计算FC50。对于M.aeruginosa905,根据NPQ和YⅡ计算得到PA和GA的72h EC50显著低于根据细胞浓度计算得到的,而根据叶绿素荧光参数计算的到CA的72h EC50显著高于根据细胞浓度得到的,根据三种不同参数计算的EA的72h EC50之间不存在显著差异；对于S.capricornutum,四种多酚根据NPQ和YⅡ计算得到的72h EC50显著高于根据细胞浓度计算得到的结果。为了研究多酚对蓝藻和绿藻光合作用的影响,进一步测定了在四种多酚胁迫下的两种藻电子传递链的活性。两种藻在四种多酚(半抑制浓度)单独作用24h后,对于M oeruginosa905,呼吸作用和PSI活性在PA和GA的处理下显著增强,而光合作用却显著下降。PA对M aeruginosa905 PSⅡ和整个电子传递链活性具有显著的抑制作用,抑制率分别达到71.43％和18.37％；GA对两者的抑制率分别为70.95％和40.77％,具有明显的抑制作用；EA和CA对Maeruginosa905呼吸作用和光合系统(PSⅠ、PSⅡ及整个电子传递链)没有表现出抑制作用。PSⅡ(OEC→QB)是PA和GA对M.aeruginosa905的抑制位点之一。四种不同浓度的多酚对S.capricornutum呼吸作用、光合作用及电子传递链活性(PSⅠ、PSⅡ及整个电子传递链)没有表现出抑制作用。
3、在四种多酚对两种藻72h EC50的基础上,通过三组配比,三种不同的参数(细胞浓度、NPQ和YⅡ)研究混合多酚对两种藻的联合作用。三组配比为:MixⅠ,根据已有文献中穗花狐尾藻培养液中检测到含量确定的比例,PA(5.2μg/L)、GA(62.8μg/L)、EA(76.6μg/L)和CA(16.6μg/L):MixⅡ,以细胞浓度为参数计算得到的多酚单一作用下的72h EC50确定的比例；MixⅢ,与第二组比例相同,但只添加PA和GA。采用Toxicity Index(TI)模型来评价联合作用。处理72h后,对于M aeruginosa905,只有MixI中混合多酚根据三个参数计算的联合作用均表现为协同作用,在另外两个体系中,只有根据NPQ计算得到的联合作用为协同作用,其余表现为简单加和的作用；对于S.capricornutum,三组混合不论根据什么参数均表现为简单加和的作用。该结果说明,同一化感物质对不同的藻类表现出不同的化感作用,M.aeruginosa905比S.capricornutum更易受四种多酚的影响,其中PA和GA抑制效应较强；叶绿素荧光参数是相对于细胞浓度较灵敏的指标,其中NPQ最为敏感.化感物质的性质、比例及数量的多少是影响联合作用结果的重要因素,此外评价参数的选择直接影响联合作用的结果。
4、根据上面联合作用结果,进一步研究了PA、GA和CA三种多酚对M.aeruginosa905的联合作用,三种多酚两两联合有五种配比,三种多酚混合时进行了七种配比,并且采用两种参数细胞浓度和NPQ,两种模型定量TI模型和定性Toxic LJnit(TU)模型进行联合作用判定。以细胞浓度为参数,三种多酚对M.aeruginosa905的联合作用均表现为简单加和作用。以NPQ为参数,三种多酚两两混合,当PA或GA在混合物中的比例小于40％时,混合多酚对Maeruginosa905均表现为协同作用,协同作用出现在化感抑制作用较强PA或GA比例比较小的情况下,而三种多酚只有在1:1:1的配比下对M.aeruginosa905表现出了较弱的协同作用。定量和定性模型得出的结果一致。该结果表明,联合作用与化感物质的性质、比例及数量有关,多酚对M. aeruginosa905的联合作用还揭示,化感物质的联合作用与其中具有较强化感作用的物质的比例没有直接的关系。
5、叶绿素荧光参数是相对细胞浓度灵敏的指标,而且这些叶绿素荧光参数的灵敏度也存在差异.为了进一步探讨这些叶绿素荧光参数的规律,研究了12种叶绿素荧光参数和细胞浓度在评价四种多酚对M.aeruginosa905的72h EC50时的不同灵敏度,并通过聚类分析探讨这些参数间是否存在一定的规律。对于PA和GA,明显抑制M.aeruginosa905 PSⅡ活性,参数灵敏度的顺序为:非光化学淬灭参数(NPQ,qN,qN(rel)和qCN)>光化学淬灭参数(YⅡ,qp,qp(rel)和qL)或其它的叶绿素荧光参数(Fv/Fm,Fv/Fm,qTQ和UQF(rel))>细胞浓度:而对于EA,和CA,对M.aeruginosa905的光合作用没有影响,这些参数的灵敏度没有规律。根据PA-GA混合物对M.aeruginosa905的72h EC50的大小将这些参数排序,其顺序与PA和GA单独作用时的顺序一致,而且极谱氧电极的实验证明,PA-GA混合物对M.aeruginosa905的光合作用,尤其是PSⅡ活性有显著的抑制作用。因此可以得出这样一个结论,在本研究范围内,如果参数的灵敏度顺序为:非光化学淬灭参数>光化学淬灭参数或其它的叶绿素荧光参数>细胞浓度,那么蓝藻的光合作用,尤其是PSⅡ活性就是多酚类化感物质的抑制位点之一。