 Advances in Environmental Protection 环境保护前沿, 2013, 3, 40-44 doi:10.4236/aep.2013.31B010 Published Online March 2013 (http://www.hanspub.org/journal/aep.html) The Inhibitory Activities of Pistia Stratiotes L. on Three Cyanobacteria Species Shenghua Zhang, Ye Liu, Peishi Sun Research Institute of Engineering and Technology, Yunnan University, Kunming, China Email: shhzhang2007@yahoo.com.cn Received 2013 Abstract: Co-culture experiments and exudation experiments were designed to explore the allelopathic effects of Pistia stratiotes L. on three cyanobacteria species (Microcystis aeruginosa, Aphanizomenon flosaquae and Anabaena flosa- quae). The results showed that P. stratiotes L. can inhibited the growth of these three cyanobacteria species. The inhibi- tory activities was appeared from the third day and became stronger till the 7th day, the inhibitory rate exceed 90% in co-cultured experiments at the end of experiments. After six days experiments, the growth of three cyanobacteria was inhibited by the exudation of 20 g/L P. stratiotes L., the inhibition rate reached 72.3% for M. aeruginosa, 73.8% for Ap. flosaquae and 86.5% for An. flosaquae. Comparing the algae growth inhibitory rate of co-culture experiment and exu- dation experiment, the algae inhibitory rate of co-culture system was higher than exudation treatment, which probably because the plant can secretes the chemical compounds continuously while the allelochemicals in exudation are de- graded. Keywords: Allelopathy; Pistia Stratiotes L.; Micr ocystis Aeruginosa; Aphanizomenon Flosaquae; Anabaena Flosaquae 大漂对几种常见水华蓝藻的抑制作用研究 张胜花，刘 烨，孙珮石 云南大学工程技术研究院，昆明，中国，650091 Email: shhzhang2007@yahoo.com.cn 收稿日期：2013 摘 要：以三种水华蓝藻为受试对象（铜绿微囊藻，水华束丝藻和水华鱼腥藻），采用共培养实验和种植水实验 探讨大漂对三种水华蓝藻的抑制效果。实验结果表明，大漂对三种水华蓝藻具有较为显著的抑制作用。共培养 时，大漂对铜绿微囊藻、水华束丝藻和水华鱼腥藻有明显的化感抑制效果，抑制效果从第三天开始显露，随着 实验时间的延长不断增加，至第七天抑制率都超过 90%。种植水实验结果显示，大漂种植水对铜绿微囊藻、水 华束丝藻和水华鱼腥藻有一定的抑制效果，第六天抑制率分别达到 72.3%，73.8%和86.5%。比较共培养实验和 种植水实验中第六天藻类生长的抑制率，共培养时大漂对三种水华藻类的抑制率要明显大于种植水实验，原因 可能是共培养中大漂持续的分泌化感物质，而种植水中的化感物质随着时间的推移有一定的降解。 关键词：化感作用；大漂；铜绿微囊藻；水华束丝藻；水华鱼腥藻 1 引言 目前，水体富营养化已成为全球普遍关注的水环 境问题之一。富营养化引发的藻类异常繁殖，使水体 透明度和容氧量降低，加速湖泊的老化，使水功能受 阻甚至破坏，给水资源的利用带来了巨大的损失。因 此，有效控制富营养化水体中的藻类，防止水华发生 资助信息：国家自然科学基金项目（51008265) Copyright © 2013 Hanspub 40  大漂对几种常见水华蓝藻的抑制作用研究 成为目前环境领域的研究热点和前沿。水生植物生长 快速，不仅能大量吸收水体中氮磷等营养物质，并且 还可以通过释放化感物质来抑制水体藻类的生长。因 此水生植物抑藻作用的研究，具有重要的环境和生态 意义[1]，引起了人们越来越多的关注[2-4]。 大漂 Pistia stratiotes L.系天南星科大漂属植物， 又名大藻、浮萍、水浮莲。水浮莲味淡微辛，性平， 无毒(根有微毒)；作为一味中草药，具有内服发汗散 风利尿解毒、外用去湿止痒等效能[5]。虽然已有研究 报道大漂对油菜种子和莴苣有较为明显的化感抑制 作用[6]，但对跟其生活环境相近的水华藻类的化感抑 制作用还鲜见报道。 本文通过研究大漂对铜绿微囊藻、水华束丝藻和 水华鱼腥藻生长的影响，探讨大漂的化感抑藻作用， 为合理利用大漂进行水体富营养化水华藻类的防治 提供一些科学依据。 2 材料与方法 2.1 实验材料 大漂采自昆明滇池草海，在室外有底泥的水缸中 扩大培养。实验前 15 天转入室内用改良的 MIII 培养 液适应培养[7]。每三天更换培养液一次，每天取溶液 测定植物对营养盐的吸收情况，待大漂在改良的 MIII 培养液中对营养盐吸收稳定后再将其加入共培养系 统。为减少微生物在共培养体系中对藻类生长的影 响，所有容器，营养盐都经过灭菌处理。培养条件为： 25℃，16 h：8 h 光暗比，2500 lx。 铜绿微囊藻有毒株（Microcystis aeruginosa， FACHB905）、水华束丝藻（Aphanizomenon flosaquae， FACHB 1170）、水华鱼腥藻（Anabaena flosaquae， FACHB 245）购自中科院水生生物研究所藻种保藏中 心，用BG-11 培养液培养。实验前将藻种转入改良的 MIII 培养液中驯化培养 3次，用进入对数生长期的藻 细胞用作共培养实验和种植水实验的起始接种体。 2.2 共培养实验 将10 cm×20 cm×30 cm的玻璃方缸 170℃干热 灭菌，上盖灭菌的玻璃板，加入 4 L 改良的 MIII 培养 液。将充气泵的泵头和橡胶管灭菌后，放入玻璃缸中， 充气泵充入经过 0.45 μm的细菌过滤器后充入培养液 中。大漂经过 15 天的室内培养后，挑选生长状态良 好的植株用蒸馏水和无菌水反复冲洗后，无菌滤纸吸 干水份，按照鲜生物量浓度为 5 g/L、10 g/L、15 g/L、 20 g/L放入含有培养液的大方缸中。同时也加入受试 藻液使其起始浓度达到 1×106 ind/mL。为了避免光和 二氧化碳的竞争，共培养体系被置于光强为 2500 lx （16 h：8 h光暗比），25℃条件下培养，同时曝入无 菌空气补充 CO2，实验周期为 7 d。每组实验设置 3 个平行。每天各组取培养液测定其 OD 值（铜绿微囊 藻：650 nm，水华束丝藻：680 nm，水华鱼腥藻：665 nm），测定仪器为 UV-2000 紫外可见分光光度计 （Unico (Shanghai) Instrument Co., Ltd）。 2.3 种植水实验 将在室内培养 15 d的大漂取出洗净后按照鲜重 20 g/L 的密度放入 6 L 的方缸中，改良的 MIII 培养液 培养。培养条件同上，培养 3 d 后，取出种植水用 whatman GF/C 膜（1.2 μm）过滤。在 2 L 的锥形瓶中 加入 1 L 种植水，添加营养盐直至与 MIII营养程度相 同后，加入三种待试藻类，使其初始密度达到 1×106 ind/mL。实验设置藻类空白对照，持续 6 d。每 3 d 取 各组培养液测定其 OD 值，测定仪器及方法同上。 3 结果 3.1 大藻对铜绿微囊藻的抑制效果 大漂与铜绿微囊藻共培养实验结果见图 1。实验 结果表明大漂对铜绿微囊藻有较为明显的化感抑制 0 0. 05 0.1 0. 15 0.2 0. 25 0.3 0. 35 01234567 Time / Day OD 650nm 0 g/L 5 g/L 10 g/L 15 g/L 20 g/L Figure 1. The growth curves of M. aeruginosa coculutred with Pistia stratiotes L. (bar = SD, n=3) 图1. 共培养体系中铜绿微囊藻的生长曲线 Copyright © 2013 Hanspub 41  大漂对几种常见水华蓝藻的抑制作用研究 作用，这种抑制作用从第三天开始显露，随着时间的 延长，越来越明显，至第七天实验结束时，抑制率四 种密度的大漂对铜绿微囊藻的抑制率都超过 90%。 种植水的实验结果显示，大漂种植水对铜绿微囊 藻也有显著的抑制效果，20 g/L 大漂种植水处理 3天 的铜绿微囊藻与对照相比已有显著性差异（抑制率为 18%），6天的抑制率达到72.3%。 3.2 大藻对水华束丝藻的抑制效果 大漂与水华束丝藻共培养实验结果表明，大漂对 水华束丝藻有较明显的抑制效果，从第二天开始 20 g/L大漂的处理组就显示出明显的抑藻效果，实验 结束时的第 7天，四个处理组对水华束丝藻的抑制率 全都超过 90%，最高的抑制率达到 97.8%，束丝藻全 部死亡。 与对照相比，大漂种植水处理 3天没有表现出明 显的抑藻效果（p > 0.05），但实验第六天，处理组束 丝藻藻液发黄，抑制率约为74%。 3.3 大藻对水华鱼腥藻的抑制效果 与大漂共培养时，水华鱼腥藻的生长明显受限 （图 3），抑制效果从实验第三天开始显现，实验结束 时达到最大，第七天大漂密度为 5 g/L的处理组鱼腥 藻抑制率为 83%，而 20 g/L 时抑制率为 97%。 20 g/L大漂种植水对水华鱼腥藻表现出显著的抑 制效应（图 6），第三天的抑制率为 26.0%，第六天的 抑制率为 86.5%。 M icrocystis aeruginosa * * 0 0. 05 0. 1 0. 15 0. 2 0. 25 0. 3 3 day6 day Time / Day OD650nm 0g/L 20g/L Figure 2. The effect of exudates from Pistia stratiotes L. on the growth of Microcystis aeruginosa (bar = SD, n = 3, * p < 0.05, com- pared with the control) 图2. 大漂种植水对铜绿微囊藻的抑制效果 0.000 0.050 0.100 0.150 0.200 0.250 0.300 01234567 Time / Day OD 680nm 0 g/L 5 g/L 10 g/L 15 g/L 20 g/L Figure 3. The growth curves of Aphanizomenon flosaquae coculu- tred with Pistia stratiotes L . (bar = SD, n=3) 图3. 共培养体系中水华束丝藻共培养时水华的生长曲线 Aphanizomenon flosaquae * 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 3 day6 day Time / Day OD 680nm 0g/L 20g/L Figure 4. The effect of exudates from Pistia stratiotes L. on the growth of Aphanizomenon flosaquae (bar = SD, n = 3, * p < 0. 05, compared with the control) 图4. 大漂种植水对水华束丝藻的抑制效果 0.000 0.050 0.100 0.150 0.200 0.250 0.300 0.350 01234567 Time / Day OD 665nm 0 g/L 5 g/L 10 g/L 15 g/L 20 g/L Figure 5. The growth curves of Anabaena flosaquae coculu tred with Pistia stratiotes L. (bar = SD, n =3) 图5. 共培养体系中水华鱼腥藻的生长曲线 Copyright © 2013 Hanspub 42  大漂对几种常见水华蓝藻的抑制作用研究 Anabaena flosaquae * * 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 3 day6 day Time / Day OD 665nm 0g/L 20g/L Figure 6. The effect of exudates from Pistia stratiotes L. on the growth Anabaena fl osa qu ae (bar = SD, n = 3, * p < 0.05, compared with the control) 图6. 大漂种植水对水华鱼腥藻的抑制效果 4 讨论与结论 4.1 讨论 水生植物与藻类之间不仅对环境因子如空间、光 照、营养等生存条件的存在一定的竞争，而且植物通 过向水体释放化学物质对藻类的生长产生影响。1949 年Hasler 等首次发现了水生植物对藻类的抑制效应以 来[8]，越来越多的研究表明，水生植物对藻类存在着 明显的化感抑制作用[9-12]。作为污水净化常用的漂浮 植物大漂虽然目前已有研究报道具有一定的化感作 用，其分泌物对油菜种子和莴苣有较为明显的化感抑 制作用，但关于大漂对水华藻类的抑制效果和抑藻化 合物方面的研究还鲜见报道。本文以三种水华常见蓝 藻为受试对象，研究了大漂对其的化感效应。结合种 植水实验和共培养实验，结果表明大漂对三种常见水 华蓝藻具有明显的化感抑制效果。 将共培养实验与种植水试验结合起来能够验证 水生植物是否对浮游藻类存在显著化感抑制效果。已 有一些文献报道了水生植物对于水华蓝藻的抑制效 果[12,13]。孙文浩等对水葫芦的抑藻作用进行了较为详 细的研究，不仅表明了水葫芦对藻类有一定的化感抑 制作用，而且还从水葫芦分泌物中分离鉴定了两种起 主要作用的化感物质[14,15]，并且其抑藻效果明显优于 CuSO4。Nakai [16]研究了多种植物， 如穗状 狐尾藻 、 水葫芦、马来眼子菜等对铜绿微囊藻的化感作用，结 果表明有的植物能明显抑制铜绿微囊藻的生长，而某 些植物的化感抑制作用不明显。本实验通过共培养实 验及种植水实验证实了大漂对三种水华蓝藻确实存 在化感抑制效应，结果一致。 在植物密度一致的情况下，种植水试验可以显示 水生植物能够分泌化感物质来抑制藻类的生长，而共 培养实验中往往显示化感作用更明显，这是因为水生 植物可以分泌化感物质来抑制藻类，而这些化感物质 很可能是不稳定的[16]，所以在共培养实验中由于化感 物质源源不断地得到补充，从而显示更强的化感抑藻 效果。本试验得到的结果与此一致，相同起始细胞密 度的三种藻类，与大漂共培养6 d后，抑制率都超过 90%，而 20 g/L 植物种植水六天的抑制率为 72.3%（铜 绿微囊藻），73.8%（水华束丝藻），86.5%（水华鱼腥 藻）。 4.2 结论 本文研究了大漂对几种水华藻类的化感作用。实 验结果表明： （1）共培养时，大漂对铜绿微囊藻、水华束丝 藻和水华鱼腥藻有明显的化感抑制效果，抑制效果从 第三天开始显露，随着实验时间的延长不断增加，至 第七天抑制率都超过 90%。 （2）种植水实验结果显示，大漂种植水对铜绿 微囊藻、水华束丝藻和水华鱼腥藻有一定的抑制效 果，第六天抑制率分别达到72.3%，73.8%和86.5%。 比较共培养实验和种植水实验中第六天藻类生长的 抑制率，共培养时大漂对三种水华藻类的抑制率要明 显大于种植水实验，原因可能是共培养中大漂持续的 分泌化感物质，而种植水中的化感物质随着时间的推 移有一定的降解。 参考文献 (References) [1] F. 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