淡水壳菜灭杀效果他感植物筛选研究

谭纤茹，刘德富，张佳磊，魏小熙

(1 湖北工业大学土木建筑与环境学院， 湖北 武汉 430068;2 河湖生态修复与藻类利用湖北省重点实验室, 湖北 武汉 430068)

淡水壳菜灭杀效果他感植物筛选研究

谭纤茹1，2，刘德富1，2，张佳磊1，2，魏小熙1，2

(1 湖北工业大学土木建筑与环境学院， 湖北 武汉 430068;2 河湖生态修复与藻类利用湖北省重点实验室, 湖北 武汉 430068)

针对化学试剂容易对水质产生二次污染、物理防控方法操作困难这一问题，从他感植物防控淡水壳菜这一角度，筛选出有效防控淡水壳菜的他感植物，为后期筛选出不会造成二次污染、具有可操作性、有效防控淡水壳菜的技术奠定基础。通过室内实验设置9种他感植物水浸液对淡水壳菜的杀灭效果实验，筛选出杀灭效果最好、成本最低和杀灭效率最高的他感植物。研究结果表明：杀灭效果较好的为夹竹桃，当水浸液浓度在0.1%时，淡水壳菜就能在40 h左右达到90%的死亡率。

淡水壳菜； 他感作用； 植物； 灭杀效果

淡水壳菜又名沼蛤，属于软体动物门，双壳纲，异柱目，贻贝科[1-3]，其生命周期短，成长快，繁殖能力强。淡水壳菜是雌雄同体还是雌雄异体，学界至今存有争议。不同地区的淡水壳菜，其生长繁殖特性及入侵方式随其发育过程的不同而存在差异。淡水壳菜一般繁殖季节为 2-9 月，最佳繁殖时期是3-7月[4]，平均水温 16℃～28℃，主要取决于气温和水温[5]。淡水壳菜的发育过程包括以下几个阶段：成熟—配子—受精卵—胚胎—担轮幼虫—面盘幼虫—踯行期—稚贝—成贝[6]。淡水壳菜附着生活，常形成非常稠密且层层堆叠的群体，生长厚度可达 3～5 cm，以滤食水体中的硅藻、原生动物和有机碎屑等为生[5]。淡水壳菜运动时一般张开双壳，伸出软足进行运动，分泌出足丝附着在水工建筑物、船舶等比较固定的硬物上或其他淡水壳菜上，其分泌的足丝是一种结构蛋白(足丝粘附蛋白)。贻贝依靠足丝附着在坚硬的基体上，由足伸展到足丝器官而产生，这些丝起到将后期幼虫安全地附着在基体表面，使其能够变态为成体形态的作用[7]。贻贝的粘着蛋白还具有较高的强度、韧性和防水性，以及较好的生物相容性和可降解性[8]。所以，淡水壳菜易于附着聚集在管道上，在管道内会增大输水阻力，增大输水能耗[9]，腐蚀管道内壁。淡水壳菜在代谢过程中排泄氨氮等会引起水质恶化，死亡后大量脱落也会堵塞管道[10]；淡水壳菜也易于附着在抽水电站的水闸等水工建筑物上，会腐蚀水工建筑物，死亡脱落后也会堵塞建筑物。因此，相关科研机构开展了大量淡水壳菜防治技术的研究。淡水壳菜的防治措施大致分为三类：物理方法、化学方法和生物方法。物理方法主要是依靠人工及机械清除，但是该方法成本高，且对无法长期停水的管道并不适用。化学方法主要是用氯、高锰酸钾等化学试剂杀灭，对淡水壳菜虽然有费时短、见效快等优点，但是药剂的选择和投加量是目前研究的重点，否则会对水体造成污染[11]。生物方法是向水体中投放某种或某些以淡水壳菜为食的鱼类，如青鱼、鲤鱼等，这种方法可操作性强，既经济又环保，但是对水质要求较高，且只适用于开放水体，不能运用于管道、抽水电站等结构中。

在2000多年前，植物的他感作用已经被发现，但是被广泛地研究则是在近几十年的时间。植物他感作用的概念首先是由德国科学家H.Molish提出，其定义为：所有类型植物(含微生物)之间生物化学物质的相互作用[12-13]。随着研究者工作侧重点的转移, 这一概念逐渐被修正, 用它仅仅表示一种植物(包括微生物)通过释放某些化学物质到环境中, 而对其他种属植物(包括微生物)产生直接或间接的有害影响。随着科学技术的发展，人们在越来越多的植物中发现他感作用，并进行了广泛的研究，将其益处应用于更多的领域。植物的他感作用在抑草、抵御外来物种入侵方面广泛应用，也应用于防治农业虫害和农业作物合理布局[14]。

为筛选出对淡水壳菜灭杀效果较好的、毒性小的、对环境造成的危害小且不会造成二次污染的他感植物，通过前期他感植物的灭螺实验研究的资料收集，挑选出对灭螺效果较好的9种他感植物，即喜树、枫杨、夹竹桃、绞股蓝、益母草、博落回、樟树、池杉、乌桕。本实验用浸提法对他感植物的有效成分进行初提，再进行淡水壳菜灭杀效果实验，筛选出能有效防控淡水壳菜的他感植物，为后期利用植物提取物进行淡水壳菜防控提供理论支撑。

1 实验材料及方法

1.1 实验材料

实验用淡水壳菜采自武汉市汉江晴川桥下，转入自来水中培养1 d。通过文献查阅和之前的实验研究，壳长在10～20 mm的淡水壳菜最为活跃，因此选用正常活动的10～20 mm的淡水壳菜作为实验材料；实验用他感植物采自武汉植物园，用剪刀采集9种他感植物即喜树(CamptothecaacuminataDecne.)、枫杨(PterocaryastenopteraC. DC)、夹竹桃(NeriumindicumMill.)、绞股蓝(Gynostemmapentaphyllum(Thunb.) Makino )、益母草(Leonurusartemisia(Laur.)S. Y. Hu F)、博落回(Macleayacordata(Willd.) R. Br.)、樟树(Cinnamomumcamphora(L.) Presl.)、池杉(Taxodiumascendens.Brongn)、乌桕(Sapiumsebiferum(L.) Roxb.)的茎和叶。

1.2 实验方法

1.2.1 他感植物水浸液的配置 将采到的植物洗净、晾干，分别将9种植物的茎和叶剪成1 cm2的小碎片。参考他感植物对钉螺的半致死浓度和致死浓度，9种他感植物的水浸液浓度分别设置为0.1%、0.2%和1%，具体配置方法如下：植物和无氯清水(无氯清水是放置一周去除氯气的自来水)按照1∶99的比例浸泡3 d，用尼龙网纱滤去浸泡物，滤液作为浓度为1%的母液。母液和无氯清水按照1∶4的比例配成0.2%的水浸液500 mL；母液和无氯清水按照1∶9的比例配成0.1%的水浸液1 L；另取700 mL 1%水浸液于1 L烧杯中。

1.2.2 他感植物水浸液对淡水壳菜的杀灭 考虑到溶解氧对淡水壳菜的影响，每100 mL水浸液中放入1个淡水壳菜，即淡水壳菜的密度是1个/L。分别在0.1%、0.2%、1%的浓度的水浸液中放入10个、5个、7个淡水壳菜，在2 h、4 h、6 h、8 h、12 h、24 h后观察记录淡水壳菜死亡个数。设置清水组为对照。

淡水壳菜死亡的判断参照Jenson[15]的方法: 把淡水壳菜移离水面, 用解剖针等较尖锐的工具刺激它的开壳处, 如果淡水壳菜一直没有重新闭合双壳的反应, 则认为淡水壳菜已经死亡[16]。

1.2.3 沼蛤行为特征评价方法 根据沼蛤的死亡特性，定义死亡率作为表征其活性的特征指标，记为u。沼蛤个体有以下特征之一的即判断为死亡：①贝壳张开，有软组织流出体外且明显腐烂；②贝壳张开，无明显死亡特征，可用细针等刺激软组织或贝壳，不能自己合上贝壳；③贝壳紧闭但明显有白色絮状物流出；④贝壳紧闭无明显判断标志时，将其取出，放入原水中24 h不开壳。实验时沼蛤死亡个数采用累加计数方式，即

式中,u表示死亡率,NuTi表示Ti观测时间节点时沼蛤的死亡个数，N表示沼蛤实验总个数[17]。

2 实验结果与分析

淡水壳菜在9种植物不同的浓度水浸液条件下(0.1%、0.2%、1%)，其死亡率的时间变化趋势如图1—3所示。

在0.1%的浓度下(图1)：对照组的淡水壳菜死亡率稳定在0%，9组他感植物水浸液中淡水壳菜的死亡率随着时间的增加而逐渐上升；在放入淡水壳菜2h后，樟树水浸液中首先出现淡水壳菜死亡，但是随着时间的推移，樟树中的淡水壳菜死亡率最高只达到20%；在放入淡水壳菜8h后，各个他感植物水浸液中淡水壳菜的死亡率明显增加。总体来看，对淡水壳菜灭杀能力较强的是博落回、夹竹桃、绞股蓝和池杉这4种他感植物水浸液体，在实验期间最高死亡率分别为100%、90%、60%和50%。

图 1 0.2%浓度他感植物水浸液对淡水壳菜杀灭效果的时间变化特征

在0.2%的浓度下(图2)：对照组中淡水壳菜自28h后出现了20%的死亡率；至实验结束(116h)，对照组中淡水壳菜死亡率稳定在20%。枫杨水浸液首先(4h)出现了淡水壳菜的死亡现象，且随着时间的增加淡水壳菜死亡率呈逐渐上升趋势，至实验结束时(116h)，其死亡率达到100%。他感植物水浸液杀灭效果较高为夹竹桃、枫杨、樟树、喜树、绞股蓝，其水浸液中淡水壳菜的死亡率分别为100%、100%、100%、80%和80%。

图 2 0.1%浓度他感植物水浸液对淡水壳菜杀灭效果的时间变化特征

在1%的浓度下(图3)：对照组中淡水壳菜死亡率稳定在0%；博落回水浸液首先(4h)出现了淡水壳菜的死亡现象，其死亡率在4h～56h基本维持稳定；在实验后半期(68h～116h)，其死亡率由28.57%上升至85.71%。他感植物水浸液杀灭效果较高为喜树、绞股蓝、夹竹桃、益母草和樟树，其水浸液中淡水壳菜的死亡率均为100%。

图 3 1%浓度他感植物水浸液对淡水壳菜杀灭效果的时间变化特征

综上所述，综合考虑杀灭效果(死亡率)、杀灭成本(浓度最低)和杀灭效率(杀灭时间最短)，杀灭效果较好的为夹竹桃，当其水浸液浓度在0.1%时，淡水壳菜死亡率就能在40h左右达到90%。

3 结束语

在利用他感植物对钉螺的杀灭研究中，夹竹桃为防控钉螺较好的一种他感植物试剂,同时基于其有效成分提取和防控机理研究，确定三萜总皂甙是夹竹桃防控钉螺的有效成分，同时夹竹桃主要通过影响钉螺的解毒能力，损伤其细胞结构防控钉螺[18-20]。本文研究中，综合考虑杀灭效果、杀灭成本和杀灭效率，0.1%浓度的夹竹桃水浸液在40h左右就可以达到较好的杀灭效果。借鉴他感植物对钉螺的研究结果，夹竹桃对淡水壳菜杀灭的有效成分是否也是三萜总皂甙，是否也是通过影响淡水壳菜的解毒能力和损伤细胞结构来防控淡水壳菜，有待进一步实验来验证。

在本团队前期对淡水壳菜防控技术研究中，化学试剂次氯酸钠对沼蛤的灭杀率达到90%以上，但是该试剂的杀灭效果有效时间较短；离水干燥、高温水浴等物理灭杀方法的灭杀率超过60%，而水力调控方法则当管道中水流流速大于2m/s时能够去除90%以上的附壁沼蛤，但这些物理学方法在实际应用中存在难以操作的问题[7-11]。本文中初步筛选出夹竹桃等他感植物对淡水壳菜有较好的防控效果，后期通过开展夹竹桃有效成分杀灭效果实验和生物毒性试验，验证夹竹桃他感植物防控淡水壳菜的有效性和可操作性。今后可以综合本团队前期的研究结果，针对实际情况，构建防控淡水壳菜的物理-化学-生物综合防控技术体系。

[1] 王祯瑞.中国动物志(无脊椎动物·软体动物门·双壳纲·贻贝目)[M].北京：科学出版社，1997:28-42,210-213.

[2] 刘月英.中国经济动物志——淡水软体动物[M].北京：科学出版社，1979：69-71.

[3]YasumotoM,YoshihikoM,YoshinoriG,etal.Invasionofthenon-indigenousnuisance,LimnopernafortuneintowatersupplyfacilitiesinJapan[J].JournalofWaterSupply:ResearchandTechnology-AQUA,2010,50(3):113-124.

[4] 罗凤明，张重祉，胡向萍.淡水壳菜在深圳市原水管道中的繁殖规律[J].科技经济市场，2009(3):109-110.

[5]MolinaFR,PaggiJC,DevercelliM.ZooplanktophagyinthenaturaldietandselectivityoftheinvasivemolluskLimnopernafortunei[J].BiologicalInvasions, 2010, 12(6):1647-1659.

[6]DarrigranGA，MaroasME，ColauttiDC.AirExposureasaControlMechanismfortheGoldenMussel,Limnopernafortunei, (Bivalvia:Mytilidae)[J].JournalofFreshwaterEcology, 2004, 19(3):461-464.

[7] 王睿. 长距离输水管线中淡水壳菜的氧化杀灭去除技术研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2011.

[8] 刘加鹏.海洋贻贝粘附蛋白新型生物粘合剂的研究[D].厦门：厦门大学，2008:14-15.

[9] 李代茂. 淡水壳菜对输水建筑物输水能力的影响研究[J].给水排水，2009，35：94-96.

[10] 董军，庄美琪.长距离大流量输水管涵贝类防除研究[J].中国农村水利水电，2005(3)：73-77.

[11] 刘丽君，尤作亮，罗凤明，等.封闭缺氧法杀灭和去除管道中的淡水壳菜研究[J].中国给水排水，2006,22(3)：40-43.

[12] 赵强，董晓宁，井伟龙，等．利用他感物质防除杂草研究进展[J]．通化师范学院学报，2012，33(8)：l9-20．

[13] 孔垂华．植物他感作用研究中应注意的问题[J]．应用生态学报，1998，9(3)：332-336．

[14] 宋文娟，张昊.植物他感作用的研究进展[J].内蒙古农业科技，2013，39(1)：54-57.

[15]JensenAC.SensitivityofMytilusedulis(L.)tochlorination.ph.D.thesis,DepartmentofOceanography[J].UniversityofSouthamptonEngland,1982:11-59.

[16]WallisRL.ThermaltoleranceofMytilusedulisofEasternAustralia[J].MarineBiology,1975,30:183-191.

[17] 魏小熙，杨正健，刘德富，等.水利工程污损生物沼蛤在不同环境条件下的行为特性研究[J].水力发电学报，2016,35(3):73-80.

[18] 王万贤,杨毅,王宏,等. 夹竹桃强心总甙灭螺活性与机理[J].生态学报,2006,26(3):954-959.

[19] 王万贤,杨毅,王宏,等. 夹竹桃对钉螺的毒杀作用及机理研究[J]. 水生生物学报,2007,31(3):448-452.

[20] 王万贤,张勇,杨毅,等. 钉螺对夹竹桃化感物质三萜总皂甙毒理作用的反应[J]. 动物学报,54(3)：489-499.

[责任编校： 张 众]

The Killing Effect of Limnoperna fortunei of Allelopathic Plant Screening

TAN Qianru1，2，LIU Defu1，2，ZHANG Jialei1，2，WEI Xiaoxi1，2

(1SchoolofCivilEngin.,ArchitectureandEnvironment,HubeiUniv.ofTech.，Wuhan430068，China;KeyLaboratoryofEcologicalRemediationforLake&RiverandAlgaResourceUtilizationofHubeiProvince,HubeiUniv.ofTech.,Wuhan430068，China)

The goal of this paper is to screen plant having allelopathy which can effectively prevent and control the Limnoperna fortunei from the angle of allelopathic plant preventing and controlling Limnoperna fortunei to solve the problems that chemical reagent easily produce secondary water pollution and physical prevention and control method is difficult to operate, for later screening technology that will not cause secondary pollution and have operability and can effective prevent and control Limnoperna fortunei. It is to screen the allelopathic plant which has the best killing-effect, the lowest cost and the highest killing efficiency through the laboratory experiment which is setting nine allelopathic plant extracts to kill Limnoperna fortunei. The results show that the oleander has good killing effect and Limnoperna fortunei mortality reaches 90% at around 40h when the concentration of the allelopathic plant extracts is 0.1%.

Limnoperna fortunei; allelopathic effect; plant; killing effect

2016-09-26

国家重点基础研究发展计划(973计划)(2014CB460601);科技部国际科技合作与交流专项(2014DFE70070);湖北工业大学博士科研启动基金计划项目(BSQD14017)

谭纤茹(1990-)， 女,湖北襄阳人，湖北工业大学硕士研究生，研究方向为生态水利

刘德富(1962-), 男, 湖北枝江人，湖北工业大学教授，研究方向为生态水工学

1003-4684(2017)01-0112-04

X52

A