水培蕹菜与微型生物种群的相互影响

阚元卿　孙凌　张滢

摘要 [目的] 研究水蕹菜与蓝藻、绿藻和轮虫之间的关系及净水机制。 [方法] 以水蕹菜为试验材料，利用水培生态模拟的方法将小球藻、斜生栅藻、铜绿微囊藻和蛭形轮虫添加到水蕹菜培养液中，通过测定水蕹菜的生长指标、微型生物种群变化以及营养液内的营养消耗状况，研究水蕹菜同微型生物种群间的相互作用。[结果] 水蕹菜苗株根系发育到一定阶段，主根生长停滞而侧根大量萌出，营养吸收效率增大。当初始接种浓度为10.0×104 cells/ml时，小球藻刺激水蕹菜快速生长，根系及茎叶系统发达茂密，但后期高密度小球藻的营养竞争则导致水蕹菜生长减缓。混合藻的竞争及化感作用限制了水蕹菜根系发展。蛭形轮虫繁殖产生的摄食压力对铜绿微囊藻影响较小，却抑制了斜生栅藻的生长。蛭形轮虫的粘附及摄食作用对水蕹菜根系的影响明显，导致茎叶系统发育不良，生物量下降。[结论] 该研究可为鱼虾菜生态养殖模式的推广应用提供数据支持。

关键词 水蕹菜；浮游藻类；轮虫；水培；生长特性

中图分类号 S181.3 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2014）03-00779-04

Abstract [Objective] The research aimed to study water purification mechanism of Ipomoea aquatica and the correlations between I. aquatica and cyanobacteria， green algae and rotifer. [Method] Taking Ipomoea aquatica as test materials， Chlorella vulgaris， Scenedesmus obliquus， Microcystis aeroginosa and Adineta vaga were added in the water culture solution of I. aquatica by hydroponic ecological simulation method. The growth characteristics of I. aquatica， changes of microbial populations and the consumption situations of nutrients in the nutritional solution were determined. The interactions between I. aquatica and microbial population were studied. [Result] When the growth development of I. aquatica seedlings reached certain stage， the main root of I. aquatica seedlings stopped growing and the lateral root developed rapidly with high adsorption efficiency of nutrients. When the initial inoculation concentration was 10.0×104 cells/ml， C. vulgaris simulated the rapid growth of I. aquatica and root， stem and leaves rapidly developed. In late stage， the nutrient competition of high-density C. vulgaris inhibited the growth of I. aquatica. The competition and allelopathic effects of mixed algae restrained the root growth of I. aquatica. The feeding pressure produced by the propagation of A. vaga had less influences on M.aeroginosa， but it inhibited the growth of S. obliquus. The adhesive and feeding effects of A. vaga had obvious effects on the root of I. aquatica， which inhibited the growth of stem and leaf system and decreased the biomass. [Conclusion] The research could provide data support for the popularization and application of fish-shrimp-vegetables ecological culture model.

Key words Ipomoea aquatica； Phytoplankton； Rotifer； Hydroponic culture； Growth characteristics

作為水产养殖大国，我国的水产品产量连年位居世界前列。高密度池塘养殖模式所引发的水体富营养化及养殖废水排放所产生的环境污染却呈现加剧态势，严重制约着水产业的健康发展。针对养殖水域营养过剩及水质恶化的现象，研究人员将研究目光投向高效生物修复技术的应用。在养殖水净化工艺中，微生物、藻类、动植物等充分发挥着各自优势，以达到污染生物防治调控的目的。目前，在优良物种的筛选及其净化效率的研究方面已初具成效[1-3]。其中，高等维管束植物以其高效的营养吸收且易于采收等优良特性倍受关注[4-5]。

鱼虾菜生态循环养殖系统的建立，旨在利用富营养化养殖水面培植浮床水生蔬菜，借助蔬菜的净水机制，减少水体中的氮磷营养含量，并促进利于经济水产动物生存繁衍的浮游微藻种群发展，在改善水质防治病害的同时，还可以提高鱼虾产量并产出绿色蔬菜，提高附加经济价值[6]。旋花科水蕹菜（Ipomoea aquatica）是一种生长繁殖快、耐受性强、净水效率高的优良植物[7]。作为一种夏秋季的重要蔬菜，它兼具营养及药用价值。在养殖池塘水面蕹菜栽培试验研究中，已发现其在改善养殖水浮游生物尤其是藻类群落结构中具有一定作用[8-9]。水生微型生物主要包括细菌、真菌、藻类、原生动物、轮虫以及浮游甲壳动物等。它们对环境条件的变化反应敏感，常被用于反映水生生态系统的结构及功能。笔者以水蕹菜作为试验材料，利用水培生态模拟的方法，选择北方养殖水域常见的微型生物种类添加至水蕹菜培养液中，通过对水蕹菜的生长指标、微型生物种群变化以及营养液内的营养消耗状况进行测定，研究蕹菜与蓝、绿藻和轮虫间的关系及净水机制，从而为鱼虾菜生态养殖模式的推广应用提供数据支持。

1.3 试验方法

试验时间为2012年12月20日至2013年1月4日，共持续15 d。试验共设置A～G 7组处理，A组中不放置水蕹菜植株，接入小球藻初始密度为10.0×104 cells/ml；B～G组内均置入备用蕹菜，其中B组营养液内未接入任何藻种，C、D、E组中接入小球藻初始密度分别为5.0×104、10.0×104、20.0×104 cells/ml，F、G组中均接入混合藻液：斜生栅藻4.0×104 cells/ml与铜绿微囊藻15.0×104 cells/ml，而F组另接入轮虫初始密度为50 ind./ml。每组处理设置3个平行样。用盛有100 ml营养液的小烧杯在恒温光照培养箱内展开培养，杯口除中央的植物茎秆部分均用PE膜封闭，以防水分过度蒸发。恒温箱内光照强度为8 000 lx，水温为（25±1）℃，光暗比为12 h∶12 h。每隔5 d 测试植物生物量、株高、根长、叶长、叶片数、分蘖状况等生长指标及培养液内总氮、总磷等理化参数。其中，总氮测定采用碱性过硫酸钾紫外分光光度法，总磷测定采用钼蓝法[10]。每3 d用血球计数板计数藻类密度，用0.1 ml规格浮游生物计数框计数轮虫密度。试验数据采用SPSS 14.0统计软件进行数据统计与分析。

2 结果与分析

2.1 水蕹菜的根长分析

相比于陆生植物，水培植物根系的固着与支持功能在水环境内已逐渐弱化，主要为植物生长供给充足的水分与营养，而根际微型生物的滋生与影响也不容忽视[11]。从图1可以看出，试验前5 d各处理组内水蕹菜根长增长量无明显差异。试验中后期，浮游生物增殖迅速，所产生的影响逐渐显现，水蕹菜根长差异逐步扩大。与对照相比，伴随小球藻接种浓度的增加，水蕹菜根长增长量明显呈现增大趋势。影响植物根系发展的诸多因素中，营养状况是主导因素之一[7]。营养物质多以无机离子或分子的形式被植物吸收利用。浮游微藻虽不具有维管结构，却拥有惊人的营养吸收及细胞增殖效率，其光合固碳及蛋白合成作用甚至对整个生物界影响都极为重大。营养竞争所导致的后期营养供给相对不足，应是B～E组根长差异的主因。根长增长较快的D、E组中，后期根长变化趋缓。水培初期，水蕹菜苗直根系明显，主根增长迅速。但发育到一定阶段后，主根生长停滞或衰亡，侧根大量萌出，根重增长明显，更有利于对水环境中营养的吸收利用。在接种蓝藻门铜绿微囊藻和绿藻门斜生栅藻混合藻种的F、G组处理中，水蕹菜根系伸长则呈现变缓受抑状况，尤其是接种蛭形轮虫的G组，后期根长增长几乎停滞。蛭形轮虫在水体中多营底栖或附着生活，常以足腺分泌物黏着在蕹菜根系表面作绕转或伸缩推移，主要以细菌、微藻或是有机碎屑为食，其粘附及摄食作用对作物根系产生一定影响。混合藻类的营养竞争及化感作用也限制了水蕹菜根系生长。

2.2 水蕹菜株高分析

整个试验期，B～G组水培溶液中水蕹菜均呈现明显生长态势。从图2可以看出，对照B组反映了水蕹菜未受浮游生物干扰时的生长状况：前10 d水蕹菜株高直线增长，末期增长速率略减。C～E组小球藻接种密度逐渐升高，前5 d C组水蕹菜株高变化与对照无明显差异，D、E组增高量相比较低，应为较高密度小球藻接种对初期株高增长产生一定抑制，而C组因藻密度较小作用并不明显。试验中后期，株高变化差异更加显著。C组水蕹菜株高增长平稳趋缓，D组植株迅速增高甚至超过对照组，随后呈缓增趋势。E组植物株高增幅试验前后较为一致，这说明水蕹菜能够逐步适应小球藻的竞争，在一定浓度的小球藻刺激下水蕹菜会加速生长，但高密度小球藻的后期生長则导致株高增长减缓。相同接种密度的蓝、绿藻混培养F、G组处理中，蛭形轮虫的引入（G组）导致水蕹菜的株高增长相较于其他处理组，从试验初期就一直明显偏低。

2.5 小球藻种群变化

绿藻门小球藻在淡水中分布广泛。因其易于培养、增殖迅速、适应性强且营养丰富、光合固碳能力高，在食品、医药、化工、环保、科研领域都有应用。调查结果表明小球藻在北方盐碱养殖水域常年可见。从图4可以看出，对照组A内呈现出明显S型生长曲线，前3 d为延滞期，细胞密度增长较缓，随后进入为期6 d的对数增长期，第9 d开始小球藻增长速率趋缓。

D组小球藻初始接种浓度与A组相同，表现出水蕹菜对小球藻的影响。前6 d，D组小球藻细胞密度增势迅猛，增速超过对照A组，但很快进入稳定期，与对照组A相比，其对数期明显缩短，且进入稳定期后总细胞密度偏低。E组初始小球藻浓度为D组2倍，在接种初期浓度差距未能扩大，反而逐步靠近，其对数期较D组延后，第9天进入稳定期后生长状况与D组保持一致。C组初始密度仅为对照组的一半，小球藻增殖与其他组差异不断扩大，经过短暂适应调整（前3 d），进入对数期直至试验末，总体细胞密度偏低。

3 小结

（1）初期浮游藻类总体密度较低时，水蕹菜生长差异并不显著，但发展到中后期藻类的影响逐渐显现，植株生长差异悬殊。水蕹菜根系发育到一定阶段后，主根生长停滞而侧根大量萌出，营养吸收效率增大。伴随小球藻接种浓度的增加，水蕹菜因与藻类营养竞争呈现根长增长量升高的趋势。

（2）当初始接种浓度为10.0×104 cells/ml时，小球藻刺激水蕹菜快速生长，根系及茎叶系统发达茂密，但后期高密度小球藻的营养竞争则导致水蕹菜生长减缓。

（3）蓝、绿藻种的竞争及化感作用限制了水蕹菜根系发展，并导致叶片脱落，生物量降低。

（4）蛭形轮虫在水蕹菜及浮游微藻培养液内大量繁殖，所产生的摄食压力对铜绿微囊藻的影响微小，但却抑制了斜生栅藻的快速增长。蛭形轮虫的粘附及摄食作用对水蕹菜根系产生明显影响，从而导致茎叶系统发育不良，生物量下降。

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