陆生植物化感作用抑制藻类生长的研究进展

目前关于植物化感抑制藻类生长的研究主要集中于水生植物,陆生植物对藻类化感作用的研究相对较少.陆生植物具有分布广泛、生物量大、便于培植、容易收割、加工方便等特点,许多草本植物和木本植物体内含有丰富的化感物质,在抑制水中藻类生长和应急处置水华等方面具有良好的应用前景.根据国内外近年来对陆生植物关于抑制藻类生长的研究报道,按草本和木本分类,并以植物的科划分,较全面地评述了15科26种陆生植物化感作用的研究进展.     

植物化感作用在抑藻方面的研究进展

藻类爆发性生长是水体富营养化带来的问题之一,利用植物化感作用抑制藻类生长具有生态安全和快速高效的优点,对湖泊富营养化的生态控制具有非常重要的意义.本文介绍了利用植物化感作用抑制藻类生长的研究进展和现状,并讨论了植物化感抑藻作用研究过程中所使用的方法、化感作用的机制、抑藻机理及化感物质的分离方法.最后对植物化感作用在抑藻方面的研究前景进行了展望.     

植物化感作用在抑藻方面的研究进展

藻类爆发性生长是水体富营养化带来的问题之一，利用植物化感作用抑制藻类生长具有生态安全和快速高效的优点。对湖泊富营养化的生态控制具有非常重要的意义。本文介绍了利用植物化感作用抑制藻类生长的研究进展和现状，并讨论了植物化感抑藻作用研究过程中所使用的方法、化感作用的机制、抑藻机理及化感物质的分离方法。最后对植物化感作用在抑藻方面的研究前景进行了展望。     

化感效应及其对藻类光合作用影响的研究进展

蓝藻"水华"问题的频繁发生,严重影响着水生态系统及人类生活。如何有效控制藻类生长、改善富营养化水体水质、恢复和维持水生态系统健康是亟需解决的水环境问题之一。利用植物之间的化感效应抑制藻类生长具有安全、高效和快速等优点,为控制藻类蔓延和水体富营养化治理提供了新的途径。文章以水生及陆生植物中所含抑藻物质展开分析,并阐述了化感效应的作用模式,认为化感效应作用时不仅具有协同与拮抗作用,而且具有专一性和累积性,为利用化感效应控制藻类生长提供了理论基础。同时,从捕光系统、电子传递两方面对化感效应影响藻细胞光合作用的机理进行了总结和分析,发现藻细胞光系统Ⅱ(PSⅡ)和光系统Ⅰ(PSⅠ)均会受到化感效应的破坏,并初步总结了化感效应破坏藻细胞光合系统的分子机制,以期为化感效应控制藻类生长的机制研究和有效改善水生态系统等提供借鉴。     

基于iTraq技术的加拿大一枝黄花提取物作用下铜绿微囊藻细胞差异表达蛋白

为研究加拿大一枝黄花提取物对藻类生长抑制作用的分子机理,应用iTraq技术结合LC-MS-MS,分析了铜绿微囊藻细胞蛋白质的差异表达.共鉴定出261种差异蛋白(变化倍数31.5),其中表达上调的220种,表达下调的41种. GO功能分类显示,加拿大一枝黄花提取物通过影响细胞代谢过程、蛋白质催化和结合功能等方式抑制藻细胞生长.KEGG通路分析表明,通路大类中富集程度位于前3位的均是代谢通路,包括能量代谢、碳水化合物代谢和氨基酸代谢,通路中富集程度最高的是糖酵解/糖异生通路.本研究发现了加拿大一枝黄花提取物对藻细胞生长抑制作用的分子靶点,为从分子层面阐明其抑藻作用提供参考,也为研究植物化感物质的抑藻机理提供了新方法.     

穗花狐尾藻浸出液对铜绿微囊藻生长和产毒的影响

研究了穗花狐尾藻(Myriophyllum spicatum L).干体制备的浸出液对铜绿微囊藻的生长抑制及对微囊藻毒素MC-LR产生的影响。实验结果表明,狐尾藻浸出液对铜绿微囊藻的生长及产毒都有一定程度地抑制。狐尾藻浸出液对微囊藻的生长抑制率最高可达到91.89%,对藻毒素产生的抑制率亦能达到71.26%。实验还利用GC-MS对狐尾藻的化感物质进行探索研究。结果表明狐尾藻的抑藻物质具有控制富营养化中藻类暴发及其危害的潜在价值。     

绿狐尾藻抑制2种典型蓝藻生长的化感物质实验

采用多种溶剂对绿狐尾藻-蓝藻共培养液进行提纯、分离,通过共培养萃取液抑藻的剂量-效应实验,确定绿狐尾藻分泌的化感物质主要分布在水相中,且高体积浓度时抑藻作用明显。通过GC-MS对绿狐尾藻干粉浸液、绿狐尾藻-蓝藻共培养液水相组分进行鉴定分析,发现绿狐尾藻干粉浸液比植物体分泌到体外的化感物质种类更多、浓度更高,对蓝藻的抑制效果更加显著。绿狐尾藻干粉浸液和共培养水相中均检出己内酰胺和甲氧基苯基肟2种化合物,其中甲氧基苯基肟可能为抑制蓝藻生长的化感物质。     

两种化感物质联合抑藻的模型建立及数学最优化

在化感物质焦性没食子酸和亚麻酸单独抑藻的基础上,将两种化感物质按不同初始浓度组合进行联合抑藻的实验.根据实验过程中藻密度的变化趋势及特征,采用微元分析法,通过相应的偏微分方程,建立了化感物质复合抑藻时的数学模型.结果表明,该模型能够有效地分析和预测焦性没食子酸与亚麻酸在一定浓度范围内联合抑藻时藻密度随时间的变化规律.根据该模型还可以预测不同时间节点上,化感物质复合抑藻的半抑制浓度(EC50)、最小有效浓度(MIC),以及联合抑藻的最佳浓度组合和在成本控制下的联合抑藻最佳浓度组合等.该研究对指导制备高效、经济的复合生物抑藻剂及其应用均具有一定的理论意义和实用价值.     

桉木粉对塔玛亚历山大藻（Alexandrium tamarense）的抑制作用及其化学基础研究

摘要：探讨了托里桉(Eucalyptus torelliana)、尾叶桉(Eucalyptus urophylla)、窿缘桉(Eucalyptus exserta)等3种桉木粉对塔玛亚历山大藻（Alexandrium tamarense）生长的影响,并对其抑制赤潮藻类生长的化学基础进行了初步研究,以期为新除藻剂的筛选提供参考和依据。结果表明,不同桉木粉对塔玛亚历山大藻生长的抑制作用不同,托里桉木粉的抑藻作用明显强于尾叶桉和窿缘桉。灭菌与非灭菌托里桉木粉对塔玛亚历山大藻生长的抑制作用差别不大,提示细菌等微生物并非木粉抑藻的主要原因。不同溶剂粗提物对塔玛亚历山大藻生长的抑制作用不同,丙酮-水粗提物的抑藻活性明显强于乙酸乙酯、甲醇和水粗提物。进一步将丙酮-水粗提物分成A、B、C和D等4个组分,比较不同组分的抑藻活性。结果发现,丙酮-水粗提物中D组分的抑藻作用最强。该组分浓度为3 mg/L时,3 d时对塔玛亚历山大藻的去除率可达81.06 %。GC-MS分析表明,D组分中含有4-羟基-3,5,6-三甲基,1-4[(1z)-3-氧代-1-丁烯基]-2-环已烯酮和4,4,7a–三甲基,5,6,7,7a-四氢-2(4H)-苯并呋喃酮等酮类物质。这些结果表明,托里桉木粉可显著抑制赤潮藻的生长,其中存在的酮类化感物质可能是其抑制藻类生长的主要原因。     

桉木粉对塔玛亚历山大藻（Alexandrium tamarense）的抑制作用及其化学基础研究

探讨了托里桉(Eucalyptus torelliana)、尾叶桉(Eucalyptus urophylla)、窿缘桉(Eucalyptus exserta)等3种桉木粉对塔玛亚历山大藻(Alexandrium tamarense)生长的影响,并对其抑制赤潮藻类生长的化学基础进行了研究,以期为新除藻剂的筛选提供参考和依据.结果表明,不同桉木粉对塔玛亚历山大藻牛长的抑制作用不同.托里桉木粉的抑藻作用明显强于尾叶桉和窿缘桉.灭菌与非灭菌托里桉木粉对塔玛亚历山大藻生长的抑制作用差别不大,表明细菌等微生物并非木粉抑藻的主要原因.不同溶剂粗提物对塔玛亚历山大藻生长的抑制作用不同,丙酮一水粗提物的抑藻活性明显强于乙酸乙酯、甲醇和水粗提物.进一步将丙酮一水粗提物分成A、B、c和D等4个组分,比较不同组分的抑藻活性.结果发现,丙酮-水粗提物中D组分的抑藻作用最强.该组分浓度为3 ms/L时,3 d时对塔玛亚历山大藻的去除率可达81.06%.GC-MS分析表明,D组分中含有4-羟基-3,5,6.三甲基-4-(3-氧代-1-丁烯基).2.环己烯酮和5,6,7,7a-四氢-4,4,7a-三甲基-2(4H)-苯并呋喃酮等酮类物质.这些结果表明,托里桉木粉可显著抑制赤潮藻的生长,其中存在的酮类化感物质可能是其抑制藻类生长的主要原因.     

Algal-bloom control by allelopathy of aquatic macrophytes——A review

Algal-bloom control is an important issue for water environment protection as it induces several negative impacts on the lives of aquatic organisms, aquaculture, landscaping, and human health. The development of an environment-friendly, cost-effective, and convenient alternative for controlling algal bloom has gained much concern. Using the allelopathy of aquatic macrophytes as a novel and safe method for algal-bloom control is a promising alternative. This paper reviews the development and potential application about allelopathy of aquatic plants on algae, including the allelopathic research history, the potential research problems, the research methodology, and the reported aquatic macrophytes and their inhibitory allelochemicals. Potential modes of inhibition action of allelochemicals on algae, possible ways for application, and future development directions of research on algal-bloom control by aquatic macrophytes were also presented.     

化感作用在赤潮调控中的意义及前景

简要概述了化感作用的定义、化感物质的种类及其作用机理,描述了化感物质在赤潮控制中的作用;集中综述了水生植物、微藻和细菌所产生的化感物质对赤潮生物的抑制或杀灭作用.强调了化感作用在赤潮调控中具有重要的意义和广阔应用前景,对化感作用的深入研究将可能开发出新型的赤潮控制技术.     

沉水植物化感作用抑制藻类生长的研究与应用

沉水植物是水生植物的重要组成部分。在富营养化湖泊中,沉水植物同浮游藻类竞争营养物质以及所需的光热条件,同时分泌出抑藻物质,破坏藻类正常的生理代谢功能,致使藻类死亡,抑制藻类水华发生。根据国内外相关报道,重点对9科15种沉水植物化感作用抑制15种藻类生长的研究进展进行综述。     

氮磷营养盐水平对灰化薹草浸泡液化感抑藻的影响

为了解不同氮、磷营养盐水平下植物化感作用对铜绿微囊藻生长的影响,以鄱阳湖洲滩优势植物灰化薹草为研究对象,在室内控温、控光无菌条件下,采用锥形瓶批式培养法,分别观测3组氮、磷营养盐水平〔5.0、0.5 mg/L（超富营养）;2.0、0.2 mg/L（富营养）;1.0、0.1 mg/L（中营养）〕条件下,灰化薹草质量浓度（以干质量计）为0（对照组）、0.05、0.1、1.5、3和6 g/L时,培养液中铜绿微囊藻细胞密度.通过对比分析铜绿微囊藻的生长曲线、最大比增长率和抑制率得到不同培养条件下铜绿微囊藻生长特征的差异.结果表明:在超富营养和富营养水平下,灰化薹草浸泡液对铜绿微囊藻的生长均呈现“低促高抑”现象,抑制率分别在-23.3%~26.1%和-10%~76.5%之间,由促转抑时灰化薹草质量浓度分别为3和1.5 g/L;而在中营养水平下抑制铜绿微囊藻生长,抑制率在1.6%~85.6%之间.铜绿微囊藻最大比增长速率随氮、磷营养盐水平表现为超富营养（0.81~0.88 d-1）>富营养（0.55~0.80 d-1）>中营养（0.40~0.76 d-1）.相同灰化薹草质量浓度对铜绿微囊藻的化感抑制作用,随氮、磷营养盐水平的增加而降低.3组氮、磷营养盐水平间最大比增长速率的差值,随灰化薹草质量浓度的增加而增大.研究显示,水体氮、磷营养盐对植物化感抑藻起着重要作用,因此利用植物化感控藻效果需综合考虑水体氮、磷质量浓度.      

水生植物化感作用应急处置海洋赤潮和淡水水华

近年来,植物化感作用逐渐成为控制藻类暴发的一种新技术。根据国内外的研究成果,着重从水生植物化感作用、化感抑藻物质、应急处置藻类方法、海洋赤潮和淡水水华的应急处置及机理进行评述,并对该技术今后的发展予以展望。     

Inhibitive effects of three compositae plants on Microcystis aeruginosa

Based on common phenomena of biochemical interaction between plants and microorganisms, the inhibitive effects of three common terrestrial compositae plants, namely Artemisia lavandulaefolia DC., Conyza canadensis (L.) Cronq., and Kalimeris indica (L.) Sch.-Bip. on the blue algae Microcystis aeruginosa was studied. Live compositae plants are co-cultivated with algae in two different inoculation doses for 10 days in 5-pools incubators, in order to exclude the influence of bacteria and nutrients. The results show that Artemisia lavandulaefolia DC has the most inhibitive potential among the three plants as evidenced by the most drastic decrease in optical density (OD₆₈₀) of the algae. The inhibition rate is 93.3% (with initial inoculation dose of 2.0 × 10⁶ Cells/mL) and 89.3% (with initial inoculation dose of 4.0 × 10⁶ Cells/mL) respectively on the 10^th day of cultivation. The average inhibition rate during the later half of the experiment is 0.76 (with initial inoculation dose of 2.0 × 10⁶ Cells/mL) and 0.71 (with initial inoculation dose of 4.06106 Cells/mL), respectively. Logistic model analysis shows that compositae plants such as A. lavandulaefolia DC. causes the reduction of the habitat’s carrying capacity of algae. ANOVA analysis is used to determine the similarity and differences between every experimental group and an average inhibitive rate model is used to evaluate the inhibition effects. The results show that A. lavandulaefolia DC., which grow well in the aquatic environment, may have a great potential in controlling algae bloom in eutrophic water.     

海洋中浮游植物竞争与演替的影响因素——他感作用概述

赤潮的爆发和演替受多种复杂因素的共同作用,其中种间竞争对于赤潮优势种的形成及演替有重要影响。浮游植物的种间竞争可以通过多种方式来进行,例如依靠有利的生理特性、混合营养、黏结作用及他感作用等。浮游植物的他感作用是影响赤潮藻类竞争与演替的重要因素,它可以通过影响共存藻生长及浮游动物摄食而使自身获得竞争优势。营养盐限制会促进浮游植物他感物质的产生和释放,另外他感物质的降解、藻类的生长阶段、他感藻与目标藻的种类等也会影响他感效应的作用程度,本文对他感作用的主要影响因素进行了分析和总结。总体来讲,在研究赤潮演替原因和机制的过程中,浮游植物的他感作用是一个重要的考虑因素。     

赤潮异湾藻与三角褐指藻的竞争及其化感作用初探

文章通过对赤潮异湾藻和三角褐指藻间竞争及其化感作用的论述,定性分析了两种微藻单独培养和共培养的最大环境容量(K)和生长速率(r)等生长参数,同时利用逻辑斯谛方程和Lotka-Volterra的竞争模型进一步定量比较了微藻间的竞争力参数(α和β),并采用对比微藻在f/2培养基中和其他微藻滤液中生长情况的方法,初步探讨了赤潮异湾藻和三角褐指藻间竞争产生的原因。结果表明,赤潮异湾藻对三角褐指藻有强烈抑制作用(α=6.38),而三角褐指藻对赤潮异湾藻抑制非常轻微(β=0.23),赤潮异湾藻的竞争能力大大强于三角褐指藻,推测这种竞争作用与这两种微藻间存在的化感作用相关外,还可能与其他因素如接触性信息传递等相关。此研究对调控藻类生物的生长和数量变化、鱼虾蟹等水产养殖水体中藻害的防治以及海洋生态环境的改善都具有相当的理论意义。     

~(31)P-NMR分析湖泊植物和藻类有机磷方法优化及形态研究

应用不同的提取剂和固液比提取湖泊水生植物和藻类中的藻类有机磷(P_0),并进一步采用液态核磁共振(~(31)P-NMR)技术分析其组成特征.结果表明:采用0.5mol/L NaOH+25mmol/LEDTA提取剂,并控制固液比为1:60可获得最优的P_0提取效果;~(31)P-NMR分析测试过程中,设置延迟时间(D1)为5s,扫描分析时间为15h(约扫描24000次)可获得较好的谱图.通过以上实验方法,分析水生植物和藻类中磷均由正磷酸盐、单酯磷、二酯磷及焦磷酸盐组成,其中P_0可分别占总磷(TP)的34-21%~53.36%和31.27%~72.96%.单酯磷是水生植物和藻类P_0的主要组分,其平均含量可占P_0的92%和83%;二酯磷含量均较少,占TP的0~6.65%;藻类体内焦磷酸盐含量可达水生植物的35倍.