邻苯二酚和邻苯三酚对藻类化感作用的试验

吴 珊,李孝红,杨 龙

(北京工业大学建筑工程学院,北京 100124)

邻苯二酚和邻苯三酚对藻类化感作用的试验

吴 珊,李孝红,杨 龙

(北京工业大学建筑工程学院,北京 100124)

以藻类细胞的叶绿素a含量变化为指标来分析不同浓度的邻苯二酚和邻苯三酚对蛋白核小球藻以及斜生栅藻生长代谢的化感作用程度,初步确定了邻苯二酚(O-Dihydroxybenzene)和邻苯三酚(Pyrogallol)对两种藻类生长抑制程度最高的投加量,为筛选高效抑藻化感物质及其最佳作用浓度提供了试验依据。

化感作用;邻苯二酚;邻苯三酚;藻类;叶绿素a

再生水应用于补充天然水体或作为景观水体的主要补水水源是目前城市污水再生利用的主要途径之一。根据北京市水务局公布的数据,2008年北京市城市河湖利用再生水1.8亿m3,占到北京市全年再生水利用总量6.2亿m3的29%。但由于再生水的水质特点,营养物本底浓度较高,排入景观水体后在其他条件适宜的情况下更易导致水中发生水华,出现水体富营养化的问题,从而引发一系列环境问题。因此,研究人员致力于研究各种不同的技术手段力图找到有效措施或方法解决再生水带来的景观水体富营养化问题。其中利用水生植物对富营养化水体进行修复的技术逐渐被重视[1]。

目前被广泛接受的化感作用定义“植物或微生物的代谢分泌物对环境中其他植物或微生物有利或不利的作用”是E.L.Rice 1984年在《Allelopathy》第2版中提出的[2]。化感作用是通过化感物质为媒介发生的。化感物质(Allelochemical)属于生物体内产生的非营养性物质(次生代谢物质),其能影响其他生物的生长、代谢、行为或群体关系。植物体可以通过根系分泌、茎叶淋溶、挥发性气体物质及植物残体的腐解等途径向周围环境释放化感物质,对本身或周围其他生物(包括微生物、动物)产生促进、抑制或非生命因素的抵抗作用[3-5]。近几年来,随着水生植物对藻类的化感作用的被发现和不断研究,证实不同种类的水生植物分泌的化感物质在一定浓度下可以对多种藻类的代谢产生抑制作用,很多化感物质对环境没有副作用,易分解;同时,通过选择种植适宜的水生植物来抑制藻类生长,不需投加化学药剂,也不需要耗能,在抑藻的同时还能起到美化水环境的功效。选择具有一定经济价值的水生植物不仅可以维持水环境的稳定还可以创造经济利润[6],可以视为是一种“低碳绿色”的水体藻类控制技术。水生植物的抑藻效果会随着水生植物的种类、群落的配置、水体的透明度、水中污染物的浓度等因素而受到影响[7]。近年来研究化感作用抑藻的技术逐渐成为控制水体富营养化的途径之一。

化感物质对藻类生长的抑制机理包括对光合作用的影响、对酶活性的影响、破坏细胞膜、影响呼吸代谢、抑制营养吸收、改变细胞亚显微结构等[8-10]。到目前为止,大多数研究人员对化感作用的研究主要集中在具有抑藻能力的水生植物的筛选和抑藻化感物质的分离方面[11]。由于各类生物体的生长特性不同,某一化感物质只能对一定生物体的生长代谢产生抑制作用,而且,随着化感物质浓度的变化,抑制作用强度也会发生变化甚至从抑制作用变为促进作用。邻苯二酚(O-Dihydroxybenzene)是已经被研究证实的对铜绿微囊藻(M.aeruginosa)有化感作用的化感物质[12],但其具体作用浓度范围及最佳的抑制浓度还未见报道;邻苯三酚(Pyrogallol)也是一种已经被研究证实的对铜绿微囊藻(M.aeruginosa)有化感作用的化感物质,对其化感作用机理和作用浓度有研究[13],其对其他藻类是否有抑制作用及最佳的抑制浓度还未见报道。笔者选择北京市景观水体中常见的优势藻种蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa Chick)(以下简称小球藻)和斜生栅藻(Scenedesmus oblipuus)为化感作用试验对象,通过在培养基中分别添加不同浓度的化感物质——邻苯二酚和邻苯三酚,测定藻细胞的叶绿素a含量来分析邻苯二酚和邻苯三酚对特定藻类的化感作用及其浓度范围,为通过化感作用抑藻提供试验参考。

1 材料与方法

1.1 材料

藻类及培养条件:小球藻和斜生栅藻由中国科学院武汉水生生物研究所淡水藻种库提供。培养基以SE培养基为基础,其中根据试验添加不同浓度、不同种类的化感物质,同时以不添加化感物质的为空白对照。藻类试验前经预培养,使之处于对数生长期。试验培养过程中光暗比控制在14h∶10h,培养温度为25℃。

化感物质:邻苯二酚和邻苯三酚。ρ=0.0001 g/mL。

1.2 试验方法

在一系列250mL锥形瓶中分别加入195mL SE培养基和不同浓度的化感物质(邻苯二酚和邻苯三酚)溶液,化感物质体积分别为 0mL,1mL,2mL,4mL,8 mL,使形成化感物质的质量浓度依次为0mg/L,0.5mg/L,1mg/L,2mg/L和4mg/L的系列藻类培养液,高温灭菌后加入5mL藻种,每组设置2个平行样。

2 结果与讨论

2.1 邻苯二酚和邻苯三酚对斜生栅藻生长的影响

2.2.1 邻苯二酚对斜生栅藻生长的影响

图1所示为在整个培养周期内,以叶绿素a含量为指标反映出的不同浓度的邻苯二酚对斜生栅藻生长的影响。

图1 邻苯二酚对栅藻Chl-a含量的影响

可以看出,邻苯二酚对斜生栅藻的化感作用是从培养第6天后开始逐渐显现的,从第6天开始,添加邻苯二酚的各组生长速率明显下降低于对照组,之后各组的生长速率均始终低于对照组,直至培养结束。从最终结果看,邻苯二酚质量浓度为4mg/L时抑制效果最明显,以叶绿素a含量计算的抑制率为36.1%。培养结束时对照组 ρ(Chl-a)为80.39 mg/m3,4mg/L组的 ρ(Chl-a)为 51.49mg/m3。

2.1.2 邻苯三酚对斜生栅藻生长的影响

图2所示为在整个培养周期内,以叶绿素a含量为指标反映出的不同浓度的邻苯三酚对斜生栅藻生长的影响。

图2 邻苯三酚对栅藻Chl-a质量浓度的影响

可以看出,基本上所有投加的邻苯三酚对斜生栅藻的化感作用也是从培养第6天后开始逐渐显现,但投加ρ=4mg/L的邻苯三酚更早表现出抑制作用。从第6天之后的变化规律与邻苯二酚相比略有不同,培养第6天到15天基本所有投加浓度下都表现出不同程度的化感作用,16d后投加质量浓度为4mg/L的邻苯三酚已经从对藻类生长的抑制变为促进作用。从最终结果看,邻苯三酚质量浓度为2mg/L时抑制效果始终保持且最明显。以叶绿素a含量计算的抑制率为15.4%。培养结束时对照组ρ(Chl-a)为80.58mg/m3,2mg/L组的 ρ(Chl-a)为 68.20mg/m3。

2.2 邻苯二酚和邻苯三酚对小球藻叶绿素a含量的影响

2.2.1 邻苯二酚对小球藻叶绿素a含量的影响

图3所示为在整个培养周期内,以叶绿素a含量为指标反映出的不同浓度的邻苯二酚对小球藻的化感作用。

图3 邻苯二酚对小球藻Chl-a含量的影响

与对斜生栅藻的抑制效果不同,邻苯二酚对小球藻的化感作用出现在培养周期后期,基本上到第14天后各浓度组才都出现不同程度的对小球藻生长的抑制作用,且前期不稳定,有时表现为促进作用。最终抑制作用最强的是邻苯二酚质量浓度为2mg/L的情况。以叶绿素 a含量计算的抑制率为11.8%。培养结束时对照组ρ(Chl-a)为934.78mg/m3,2mg/L组的 ρ(Chl-a)为 824.70mg/m3。

2.2.2 邻苯三酚对小球藻叶绿素a含量的影响

图4所示为在整个培养周期内,以叶绿素a含量为指标反映出的不同浓度的邻苯三酚对小球藻生长的影响情况。

图4中可见,邻苯三酚对小球藻的生长抑制出现在培养第12天以后,各浓度组均有作用。前期不稳定,有时表现为促进作用。综合看以1mg/L浓度组最好。以叶绿素a含量计算的抑制率为19.5%。培养结束时对照组ρ(Chl-a)为1018.0mg/m3,1mg/L组的 ρ(Chl-a)为819.14mg/m3。

图4 邻苯三酚对小球藻Chl-a含量的影响

3 结 论

作为化感物质,邻苯二酚、邻苯三酚在 ρ=0.5～4mg/L不同浓度下对斜生栅藻和小球藻的生长速度都有一定的影响。相比而言,邻苯二酚对斜生栅藻的化感作用最强。邻苯二酚和邻苯三酚对小球藻的化感作用表现为出现时间晚,且前期不稳定,有时表现为促进作用。具体如下:

a.培养结束时测定添加了邻苯二酚的各组斜生栅藻增长速率均低于对照组,其中质量浓度为4mg/L时对斜生栅藻生长的抑制作用最强,以叶绿素a含量计算的抑制率为36.1%。而小球藻在培养基中添加邻苯二酚后,生长速度表现为提高→降低→提高的波形变化。培养结束时测定邻苯二酚质量浓度为2 mg/L时对小球藻抑制作用最强,为11.8%。

b.培养结束时测定添加了邻苯三酚的各组斜生栅藻增长速率均低于对照组,其中质量浓度为2 mg/L时对斜生栅藻生长的抑制作用最强,以叶绿素a含量计算的抑制率为15.4%。邻苯三酚对小球藻生长速度的影响与斜生栅藻基本类似,先快后慢。培养结束时测定邻苯三酚质量浓度为1mg/L时对小球藻抑制作用最强,为19.5%。

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Experimental study of effect of O-Dihydroxybenzene and Pyrogallol on algae allelopathy

WU Shan,LI Xiao-hong,YANG Long
(College of Architecture and Civil Engineering,Beijing University of Technology,Beijing 100124,China)

Taking the variation of the content of chlorophyll a in algal cells as an index,the allelopathy of different concentrations ofO-DihydroxybenzeneandPyrogallolon the growth and metabolism ofChlorella pyrenoidosa ChickandScenedesmusoblipuuswas analyzed.The dosages ofO-DihydroxybenzeneandPyrogallolthat inhibited two algae to the highest degree were determined preliminarily.It provided an experimental basis for filtering efficient algal allelochemicals and optimal concentration.

allelopathy;O-Dihydroxybenzene;Pyrogallol;alga;chlorophyll a

X52

A

1004-6933(2011)03-0069-03

10.3969/j.issn.1004-6933.2011.03.017

吴珊(1963—),女,北京人,副教授,博士,主要从事水质控制研究工作。E-mail:wushan@bjut.edu.cn

(收稿日期:2010-10-07 编辑:高渭文)