加拿大一枝黄花水浸提液对东海原甲藻的化感作用研究
2016-08-31王家春陈应华吴常文
王家春,陈应华,吴常文
(浙江海洋学院海洋科学与技术学院,国家海洋设施养殖工程技术研究中心,浙江舟山 316022)
加拿大一枝黄花水浸提液对东海原甲藻的化感作用研究
王家春,陈应华,吴常文
(浙江海洋学院海洋科学与技术学院,国家海洋设施养殖工程技术研究中心,浙江舟山316022)
摘要:为了探讨加拿大一枝黄花不同部位浸提液对东海原甲藻生长抑制作用的差异,为利用加拿大一枝黄花的化感效应抑制赤潮藻生长提供最佳方案,分别研究了加拿大一枝黄花的根、茎、叶和花四种器官的水提液对东海原甲藻生长的影响。结果表明:加拿大一枝黄花四种器官的水浸液对东海原甲藻生长均有明显抑制作用,培养7 d后抑制率达90%左右;四种器官的水浸液对东海原甲藻的生长均呈现明显剂量效应关系,对东海原甲藻生长的抑制作用随水提液浓度增加而增强;在相同水浸液浓度下,加拿大一枝黄花根部水浸液对东海原甲藻生长的抑制作用最强。
关键词:加拿大一枝黄花;东海原甲藻;化感作用
随着工农业生产的快速发展和城市化进程的加快,大量未经达标处理的工业废水和城市生活污水排放入海,近岸海域水体富营养化程度严重,赤潮频繁发生,影响范围逐渐扩大,危害程度日益加剧,赤潮已成为全球环境公害。据统计,浙江近海海域富营养化面积已位居我国沿海前列,并成为我国典型的赤潮高发区[1]。2013年,全国共记录赤潮46次,其中东海25次,而以东海原甲藻作为第一优势种引发的赤潮高达16次[2]。如何有效控制和治理赤潮已成为学术界的研究热点之一。
研究发现,一些植物在生长过程中释放的次生代谢产物可以抑制赤潮的发生[3-4]。植物次生代谢产物在自然条件下易降解,不易在生态系统中长期积累,为控制赤潮提供了全新思路[5]。因此,利用植物化感效应控制赤潮已成为赤潮防治的一条重要途径。
近年来,利用农副产品及废弃物、林副产品及废弃物以及外来入侵杂草等陆生植物化感抑藻已有一些报道,如木本植物[6]、树叶[7]、药用植物[8]、蔬菜[9]、果壳[10]、果皮[11]、杂草[12]等。除木粉和农作物秸秆的化感作用对象涉及到塔玛亚历山大藻Alexandrium tamarense[13]、球形棕囊藻Phaeocystis globosa[14]和赤潮异弯藻Heterosigma akashiwo[15]等少数海洋微藻以外,其它陆生植物的化感作用对象均为淡水微藻,外来入侵杂草加拿大一枝黄花对海洋赤潮微藻的化感作用研究更是一片空白。
本文以外来入侵杂草加拿大一枝黄花为实验材料,以东海区重要赤潮优势种东海原甲藻为受试生物,分别研究加拿大一枝黄花根、茎、叶、花四种器官的水浸液对东海原甲藻的化感作用,为开发经济、安全、高效的新型生物除藻剂奠定科学基础,同时也为外来入侵杂草加拿大一枝黄花的资源化利用开拓新思路。
1材料与方法
1.1试验材料
加拿大一枝黄花Solidago canadensis L.于2015年5月采自浙江海洋学院长峙校区,分别取根、茎、叶和花四种器官,洗净,称重,剪成3~5 cm小段,80℃下干燥48 h,粉碎,过80目筛,制得植物干粉。
东海原甲藻Prorocentrum donghaiense购于上海光语生物科技有限公司,采用不含硅的f/2培养基在光照培养箱中培养,培养温度为21±1℃,光照强度为4 000 lx,L:D为12 h/12 h[30]。
1.2试验方法
1.2.1加拿大一枝黄花水浸提液的制备
分别向加拿大一枝黄花根、茎、叶和花四种器官的干粉中加入蒸馏水并混匀,25℃下恒温震荡48 h,4层纱布过滤后,再经0.22 μm微孔滤膜减压抽滤,以消除其他微生物的影响,得到各器官的水浸提液,用旋转蒸发仪蒸干备用。
1.2.2加拿大一枝黄花提取物的抑藻实验
将各部位提取液干燥物分别设置0.5 g/L、1 g/L、2 g/L和4 g//L四个浓度梯度,每个实验组设4个平行,同时设1个空白对照组。在150 mL锥形瓶中,分别接种处于对数生长期的东海原甲藻藻液40 mL,f/2培养液60 mL,再分别加入不同浓度水浸液1 mL,东海原甲藻初始密度为3×106个/mL,置于光照培养箱中培养7 d,培养过程中每天摇瓶3次。自接种当日起,每天定时采集藻样,用鲁哥氏液固定,置于血球计数板中在显微镜下计数,每个样品计数3片,取平均值。
藻生长抑制率计算公式[30]:
2结果与分析
2.1加拿大一枝黄花根水提液对东海原甲藻生长的影响
不同浓度加拿大一枝黄花根水提液对东海原甲藻生长的抑制情况如图1。
由图1可见,在一周培养期内,试验组均对东海原甲藻的生长有一定抑制作用,而且随着时间推移,抑制作用也相应增强。从生长曲线可以看出,从培养的第1 d起,对照组的藻细胞生物量持续增加,而试验组藻细胞生物量呈线性下降,说明加入水提液后24h内,东海原甲藻已停止生长。从第2 d开始,1 g/L、2 g/L和4 g/L三个浓度组对东海原甲藻仍保持抑制作用,而0.5 g/L浓度组的藻细胞密度有所增加。第3 d,4 g/L浓度组的藻细胞密度有所增加,其他试验组的藻细胞密度持续下降。第4 d到第7 d,藻细胞密度下降缓慢。从抑制率曲线可以看出,第3 d,0.5 g/L浓度组的抑制率下降较明显,但之后开始持续增加。在培养的第4 d,各浓度组对东海原甲藻的抑制率均达50%以上,而且随着时间推移,抑制率也持续增加。培养7d后,四个试验组对东海原甲藻的抑制率依次为68.75%、72.50%、80.42%和91.67%,以4g/L浓度组的抑制效果最佳。
图1 加拿大一枝黄花根水提液对东海原甲藻生长的抑制作用Fig.1 Growth inhibition effect of water extract of the root of Solidago canadensis L.on Prorocentrum donghaiense
2.2加拿大一枝黄花茎水提液对东海原甲藻生长的影响
不同浓度加拿大一枝黄花茎水提液对东海原甲藻生长的抑制情况如图2。
由图2可见,在一周培养期内,试验组均对东海原甲藻的生长有一定抑制作用,而且随着时间推移,抑制作用也相应增强。从生长曲线可以看出,从培养的第1 d开始,对照组的藻细胞生物量持续增加,而试验组藻细胞生物量持续降低。从抑制率曲线可以看出,第3 d,2 g/L浓度组的抑制率下降明显,但第4 d开始抑制率又持续增加,第5 d再次下降。从总体上看,2 g/L和4 g/L两个浓度组的抑藻效果最好,抑制率分别为82.50%和89.58%。
图2 加拿大一枝黄花茎水提液对东海原甲藻生长的抑制作用Fig.2 Growth inhibition effect of water extract of the stem of S.canadensis on P.donghaiense
2.3加拿大一枝黄花叶片水提液对东海原甲藻生长的影响
不同浓度加拿大一枝黄花叶片水提液对东海原甲藻生长的抑制情况如图3。
由图3可见,在一周培养期内,试验组均对东海原甲藻的生长有一定抑制作用,而且随着时间推移,抑制作用也相应增强。从生长曲线可以看出,从培养第1 d开始,对照组的藻细胞生物量持续增加,而试验组藻细胞生物量呈线性下降,说明加入水提液后的24 h内,东海原甲藻已停止生长。从第2 d到第5 d,四个浓度组的藻细胞密度都出现小幅波动。从第5 d开始,藻细胞生物量持续缓慢降低。从抑制率曲线可以看出,第3 d,1 g/L浓度组的抑制率下降较明显,之后持续增加。在培养的第4 d,0.5 g/L和4 g/L两个浓度组的抑制率均呈下降趋势,但第5 d开始,抑制率又保持线性增加。培养7 d后,4 g/L浓度组对东海原甲藻的抑制效果最好,抑制率为77.50%。2.4加拿大一枝黄花花水提液对东海原甲藻生长的影响
不同浓度加拿大一枝黄花花水提液对东海原甲藻生长的抑制情况如图4。
图3 加拿大一枝黄花叶水提液对东海原甲藻生长的抑制作用Fig.3 Growth inhibition effect of water extract of the leaves of S.canadensis on P.donghaiense
由图4可见,在一周培养期内,试验组均对东海原甲藻的生长有一定抑制作用,而且随着时间推移,抑制作用也相应增强。从生长曲线可以看出,从培养第1 d开始,对照组的藻细胞生物量持续增加,而试验组藻细胞生物量持续降低。从抑制率曲线可以看出,第1 d到第3 d,各浓度组对东海原甲藻的抑制率均呈线性增加。第4 d,0.5 g/L浓度组对东海原甲藻的抑制率出现下降现象。在培养的第7 d,1 g/L浓度组的抑制率呈下降趋势,而其他3个浓度组对东海原甲藻的抑制率都直线增加。从总体上看,4 g/L浓度组的抑藻效果最好,抑制率达78.33%。
图4 加拿大一枝黄花花水提液对东海原甲藻生长的抑制作用Fig.4 Growth inhibition effect of water extract of the flower of S.canadensis on P.donghaiense
3讨论
在淡水生态系统中,大量研究人员早已开始研究水生植物对藻类生长的化感抑制作用,并对抑藻物质进行了分离、提取与鉴定[16-18]。研究发现许多水生植物的鲜体和干粉都有一定的抑藻作用,目前已鉴定的化感物质主要是酚类化合物、氨基酸、有机酸、脂肪酸以及一些脂类化合物[19-21]。利用植物及其提取物抑制海洋赤潮藻生长的研究也有一些报道,如刘玉荣等[22]研究发现桉木粉及其粗提物对塔玛亚历山大藻、球形棕囊藻、海洋卡盾藻Chattonella marina和赤潮异弯藻都具有显著的抑制作用;张信连等[23]研究发现利用杉木粉可以抑制塔玛亚历山大藻的生长;JEONG等[24]研究发现小珊瑚藻Corallina pilulifera能够抑制多环旋沟藻Cochlodinium polykrikoides的生长。李博等[27]发现角叉菜的植物干粉和鲜体对米氏凯伦藻Karenia mikimotoi和微小原甲藻Prorocentrum minimum均有显著的抑制作用,在浓度较高时能够致死。孙颖颖等[28]发现金鱼藻的水浸液对水华藻类(衣藻、水华束丝藻、实球藻、颤藻和纤维藻)有一定的抑制作用。霍元子等[29]发现浒苔的水浸液能有效抑制米氏凯伦藻的生长,在浓度为1 g/L和2 g/L时,抑制效果最好。因此研究开发植物体内的抑藻物质,有望为赤潮治理提供高效、专一、生态安全的药剂。
本研究显示,加拿大一枝黄花四种器官的干粉浸出液都对东海原甲藻的生长有抑制作用。相同质量浓度、不同部位的加拿大一枝黄花水浸液对东海原甲藻的化感效应有所差异,其中根部水浸液的抑制效果最好,抑制率可达91.67%,说明化感物质在加拿大一枝黄花不同部位具有非均匀分布的特点。在浓度达到4 g/L时,实验48 h内,四个部位的浸出液对东海原甲藻生长的抑制率都超过50%,起到了很好的抑藻效果,表明加拿大一枝黄花浸出液具有较强的抑藻作用。加拿大一枝黄花原产北美,20世纪30年代作为观赏植物引入我国后,迅速逃逸扩散,目前我国绝大多数地区都有加拿大一枝黄花的存在,已成为我国广泛分布的恶性杂草,并呈现出进一步扩散态势[25]。2010年,国家环境保护部已把加拿大一枝黄花列入《中国第二批外来入侵物种名单》[26]。本研究表明加拿大一枝黄花对东海原甲藻有很强的抑制作用,下一步将通过赤潮发生水域的野外试验来进一步验证加拿大一枝黄花对东海原甲藻赤潮的抑制效应,探讨其对海洋生态系统安全的影响,并从生理生化角度和细胞分子水平开展深入研究,从而阐明加拿大一枝黄花的化感抑藻机理,为开发高效专一的抑藻剂提供依据,同时也为解决加拿大一枝黄花泛滥成灾问题带来希望。
4结论
加拿大一枝黄花四个器官的水浸液对东海原甲藻生长的抑制作用均随浓度增加而增强,存在明显的剂量效应关系。加拿大一枝黄花不同部位的水浸液对东海原甲藻的化感效应不同,在相同浓度条件下,根部水浸液对东海原甲藻的化感作用最强,加拿大一枝黄花的化感物质可能主要存在于根部。
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中图分类号:X55
文献标识码:A
文章编号:1008-830X(2016)01-0036-05
收稿日期:2015-11-10 基金项目:国家海洋公益性行业科研专项(201305009)
作者简介:王家春(1990-),女,江苏淮安人,硕士研究生,研究方向:海洋生物生理生态.E-mail:wang-jiachun@126.com 通讯作者:陈应华(1974-),男,副教授,研究方向:水生毒理学、水域生态系统修复等.E-mail:g_yhchen@126.com
Study on Allelopathy of Water Extract of the Solidago canadensis on Prorocentrun donghaiense
WANG Jia-chun,CHEN Ying-hua,WU Chang-wen
(Marine Science and Technology School of Zhejiang Ocean University,National Engineering Research Center for Marine Aquaculture,Zhoushan316022,China)
Abstract:In order to explore the growth inhibition difference of water extracts from different parts of Solidago canadensis on Prorocentrum donghaiense and to provide optimal red tide mitigation scheme based on allelopathy of S.canadensis,Growth inhibition effects of water extraxts of root,stem,leaves and flowers of S. canadensis on P.donghaiense were studied respectively.The results showed that water extract of each organ of S.canadensis had an obvious growth inhibition effects on P.donghaiense and inhibition rate had reached 90 percent on the seventh day incubation.Growth inhibition effects of water extracts of the four organs of S. canadensis on P.donghaiense were characteristic of significant dose effect relationship,growth inhibitory rate was enhanced with the increase of the additive concentration.Growth inhibition effect of water extract of the root of S.canadensis on P.donghaiense was the strongest at the same concentration.
Key words:Solidago canadensis;Prorocentrum donghaiense;allelopathy