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化感抑藻作用被认为是沉水植物同藻类竞争光照和营养的有效策略之一。研究沉水植物对藻类的化感作用,不仅有助于从化学生态学角度揭示水生态系统中沉水植物与藻类间的相互关系,而且可以为富营养化水体沉水植物恢复和藻类控制提供一定的指导。
本论文选取伊乐藻(Elodea nuttallif)、轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)和苦草(Vallisneria spiralis)三种水鳖科沉水植物,系统地研究了其分泌物对铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosal的化感作用:在探讨了分泌物极性与抑藻活性关系的前提下,调查了酚酸类物质在三种沉水植物对铜绿微囊藻化感作用中的贡献,进一步从三种沉水植物分泌物中分离鉴定出一系列酚酸类物质,并比较了其在植物体内和分泌物中的含量,评价了这些物质对铜绿微囊藻的化感作用。另一方面,也分析了三种植物释放到水环境中的脂肪酸及其他类别的物质。主要研究结果如下:
(1)等量富集各沉水植物分泌物(植物种植密度为10 g FW/L),分别采用正己烷、二氯甲烷、乙酸乙酯、丙酮和甲醇五种有机溶剂洗脱,各洗脱组分对铜绿微囊藻生长的抑制率均随着洗脱剂极性的增强逐渐增大,其中甲醇洗脱组分活性最强。另外,正己烷和甲醇分步洗脱后各组分的生物测试结果也显示,甲醇洗脱组分抑藻活性最强。由此推测伊乐藻、轮叶黑藻和苦草三种沉水植物分泌的活性物质极性较强。
(2)由菲林试剂法测得伊乐藻、轮叶黑藻和苦草三种植物体内的总酚含量分别为12.68±0.28,15.65±0.21和13.14±0.02 mg g-1DW:以10 g FW/L的密度培养三天后植物分泌到种植水中的总酚含量分别占植物体内总酚含量的0.8%,0.3%和1.0%。三种植物的甲醇水浸提物及其分泌物均明显抑制了两株铜绿微囊藻的生长。PVPP处理去除总酚后,植物分泌物的抑藻活性显著降低,其中伊乐藻、轮叶黑藻和苦草分泌物对铜绿微囊藻无毒株的抑制率分别下降了35.7%,43.4%和59.1%。由此初步证明伊乐藻、轮叶黑藻和苦草三种沉水植物可以释放酚酸类物质到水环境中抑制铜绿微囊藻的生长。
(3)建立了固相萃取、液液萃取和GC/MS联用的植物分泌物分离鉴定方法,并从10 g FW/L密度的伊乐藻、轮叶黑藻和苦草分泌物中分离出十种酚酸类物质。定量分析了三种植物体内和分泌到种植水中的香草酸、原儿茶酸、阿魏酸和咖啡酸,结果显示,轮叶黑藻体内四种酚酸总量最高,达到19.29 mg/g DW,咖啡酸占其中的87.97%。伊乐藻体内阿魏酸和咖啡酸含量分别为562.17±g/g DW和468.39±g/g DW,占四种酚酸总量的80.72%。苦草体内香草酸含量最高,为64.69±g/g DW,占四种酚酸总量的54.09%。相比之下,这些物质在三种植物种植水中的含量很低,伊乐藻、轮叶黑藻和苦草分泌的四种酚酸总量分别为12.46,52.12和5.11±g/L,仅占植物体内四种酚酸总量的1.69%,0.39%和6.83%。伊乐藻分泌的香草酸、原儿茶酸、阿魏酸和咖啡酸含量均随着种植密度的增加而增加。
(4)香草酸、原儿茶酸、阿魏酸和咖啡酸对铜绿微囊藻的72 h半抑制率(EC50)分别为59.23±3.35,14.34±0.93,128.81±6.86和4.58±0.32mg/L。除咖啡酸和原儿茶酸二维混合表现出拮抗效应外,按抑藻效应比例混合后的酚酸多维联合表现出加和作用,且随着混合物种类的增加,加和效应逐渐增强。混合比例的改变会影响四种酚酸的联合效应。
(5)固相萃取前酸化或者碱化种植水不会显著影响伊乐藻分泌物中脂肪酸的提取;固相萃取得到的洗脱物进一步液液萃取可以有效去除烷烃和脂类干扰物质,利于脂肪酸类物质更好的分离。10 g FW/L密度种植的伊乐藻、轮叶黑藻和苦草分泌物中均检测到乳酸、琥珀酸、己二酸、癸酸、月桂酸、棕榈酸和硬脂酸等多种脂肪酸,另外还检测到醇、酮、酚、醛、烯烃、芳香烃和含氮硫化合物等分属多种化学类别的物质。