含鹽污水對粉綠狐尾藻生理特性的影響*

劉姿君，郭倫怡，王凡凡，淦朵朵，賴聞玲,?

(1.贛南師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院；2.贛州市南嶺植物資源保護(hù)與利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 贛州 341000)

隨著海洋資源開發(fā)利用和工業(yè)、醫(yī)療產(chǎn)業(yè)等快速發(fā)展，我國的水體富營養(yǎng)化[1]、咸化[2]等問題日益突出.雖然工廠被要求按照《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》來進(jìn)行污水排放，但是按要求處理后的污水含鹽量仍較高[3]，城市污水處理廠處理后的污水也常常含高鹽量，對水資源以及植物生長產(chǎn)生不利影響.粉綠狐尾藻(Myriophyllumaquaticum(Vell.) Verdc.)，屬小二仙草科(Haloragidaceae)狐尾藻屬，屬于外來物種，上部呈現(xiàn)浮水狀態(tài)，下部根狀莖匍匐于水下或淤泥中，葉無柄, 水面以下呈絲狀, 黃綠色, 而水面以上呈羽毛狀, 小葉片4～6片輪生[4]，具有良好的景觀應(yīng)用價值[5]，研究發(fā)現(xiàn)其對氮磷的耐受力和去除效果較強(qiáng)[6-8]，是污水處理兼造景的優(yōu)選植物.有關(guān)研究發(fā)現(xiàn)穗花狐尾藻(MyriophyllumspicatumL.)具有較好的耐鹽性[9]，如果粉綠狐尾藻對含鹽污水的具有較好的耐受性，將可以擴(kuò)大其污水處理和景觀應(yīng)用的范圍.本研究擬通過粉綠狐尾藻對含鹽污水生理響應(yīng)，探索粉綠狐尾藻的耐鹽潛力，為人工濕地處理含鹽污水提供依據(jù).

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)材料粉綠狐尾藻，采自校園儲備池，清洗干凈，放入自來水中進(jìn)行7 d預(yù)培養(yǎng).

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計

實(shí)驗(yàn)容器為54 cm×40 cm×65 cm的不透明塑料箱，箱子底部鋪10 cm厚的細(xì)沙，添加以硝酸銨、磷酸二氫鉀、葡萄糖和蛋白胨混合的模擬污水(TN為15.83 mg/L，TP為4.10 mg/L)至水位高度為25 cm.以氯化鈉模擬鹽脅迫，設(shè)置鹽濃度梯度0%、0.2%、0.5%和0.8%，每個濃度3個重復(fù).實(shí)驗(yàn)于2020年7月28日開始，每個重復(fù)選取長勢健壯、長度大約20 cm(鮮重3.5 g～3.8 g)的做好標(biāo)記的植株，種植密度為2株/dm2進(jìn)行試驗(yàn)，每5 d換水1次，每天補(bǔ)充蒸發(fā)水分，保證水位高度.實(shí)驗(yàn)一共培養(yǎng)21 d，每隔7 d在每個重復(fù)中隨機(jī)取相同數(shù)量做好標(biāo)記的植株用于生理生化指標(biāo)測定，并進(jìn)行補(bǔ)種.

1.3 生理指標(biāo)測定方法

參照王學(xué)奎[10]等的方法，采用乙醇-紫外分光光度法測定葉綠素，茚三酮比色法測定脯氨酸，硫代巴比妥酸法測定丙二醛，考馬斯亮藍(lán)法測定可溶性蛋白，蒽酮比色法測定可溶性糖.

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)結(jié)果采用Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并生成圖形，采用SPSS 13.0進(jìn)行平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、Pearson相關(guān)系數(shù)分析和單因素方差分析及組間差異性分析.

2 結(jié)果與分析

2.1 含鹽污水對粉綠狐尾藻葉綠素的影響

受鹽的影響，粉綠狐尾藻的葉綠素含量在低濃度(0.2%)隨時間變化呈現(xiàn)下降趨勢(圖1,注：不同小寫字母表示同時間不同濃度之間0.05水平有顯著差異，下同)，前期(7 d)時的葉綠素含量與后期(21 d)時葉綠素含量有差異顯著(P=0.022)；較高濃度(0.5%、0.8%)呈現(xiàn)前期上升后期下降趨勢，在14 d時葉綠素含量達(dá)到最高，但與前期、后期時的葉綠素含量差異不顯著.除14 d時低濃度(0.2%)顯著低于對照組(P=0.025)外，其它時間各實(shí)驗(yàn)組葉綠素含量與對照組基本差異不顯著(P>0.05).

圖1 含鹽污水對粉綠狐尾藻葉片葉綠素影響 圖2 含鹽污水對可溶性糖的影響

2.2 含鹽污水對粉綠狐尾藻可溶性糖的影響

在鹽的影響下，粉綠狐尾藻葉片中的可溶性糖含量隨時間推移呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(圖2)，在14 d各濃度可溶性糖含量達(dá)到最高，并極顯著高于7 d、21 d時的可溶性糖含量(P<0.01)，隨后在21 d時各組濃度可溶性糖含量大幅度下降，且極顯著低于初期(7 d)含量(P<0.05).在各個時期，在3種鹽濃度影響下的粉綠狐尾藻葉片可溶性糖含量都極顯著高于對照組(p<0.01)，其中在較高濃度量(0.8%)影響下的可溶性糖含量最高，與其他各濃度(0.2%、0.5%)之間差異極顯著(P<0.01).

2.3 含鹽污水對粉綠狐尾藻可溶性蛋白的影響

不同鹽濃度影響下粉綠狐尾藻葉片中的可溶性蛋白含量變化趨勢具有差異性(圖3).隨著時間的推移，較高鹽濃度(0.5%、0.8%)的可溶性蛋白含量呈現(xiàn)上升趨勢，且前期(7 d)的可溶性蛋白含量顯著小于14 d與21 d(P<0.05)，而低濃度(0.2%)下粉綠狐尾藻葉片中可溶性蛋白含量先上升后下降并且此濃度下各個時期的可溶性蛋白含量之間具有顯著差異(P<0.05).在21 d時各個實(shí)驗(yàn)組濃度之間可溶性蛋白含量有顯著差異，其中較高濃度(0.8%)可溶性蛋白的含量最高且與各個時期和對照組之間具有極顯著差異(P<0.01).

2.4 含鹽污水對粉綠狐尾藻脯氨酸的影響

在鹽的影響下，實(shí)驗(yàn)組粉綠狐尾藻葉片中脯氨酸含量在實(shí)驗(yàn)前期(7 d)急劇升高(圖4)，其含量極顯著高于對照組(P=0.002、0.00、0.00)，其中較低鹽濃度(0.2%)影響下的脯氨酸含量相對較低，顯著低于其他鹽濃度(0.5%、0.8%).隨著時間延長，各個實(shí)驗(yàn)組脯氨酸含量下降，但所有時間點(diǎn)實(shí)驗(yàn)組葉片脯氨酸含量均顯著高于對照組.

圖3 含鹽污水對可溶性蛋白的影響 圖4 含鹽污水對脯氨酸的影響 圖5 含鹽污水對丙二醛的影響

2.5 含鹽污水對粉綠狐尾藻丙二醛的影響

鹽對粉綠狐尾藻葉片丙二醛含量產(chǎn)生影響如圖5所示，實(shí)驗(yàn)組葉片中丙二醛含量隨著時間推移呈先上升后下降，除在14 d時高濃度組(0.8%)與顯著高于對照組(P<0.05)外，其他各個時期各濃度之間以及與對照組之間差異并不顯著(P>0.5).

2.6 各生理指標(biāo)的相關(guān)性

Pearson相關(guān)系數(shù)分析結(jié)果(表1)表明，葉綠素含量與各個實(shí)驗(yàn)指標(biāo)之間都不具有顯著相關(guān)性，其他實(shí)驗(yàn)指標(biāo)之間均具有顯著正相關(guān)性(P<0.05).其中鹽濃度與可溶性蛋白、可溶性糖和丙二醛含量之間具有極顯著正相關(guān)(P<0.01)，同時可溶性糖與可溶性蛋白、丙二醛之間也具有極顯著正相關(guān)(P<0.01).

表1 各生理指標(biāo)的相關(guān)性分析

3 討論

植物生長環(huán)境中的含鹽量是影響植物生長的重要的環(huán)境因子之一，鹽含量過高會對植物產(chǎn)生一定量的脅迫甚至死亡，但植物體內(nèi)的各項(xiàng)生理特征會做出響應(yīng)，這些特征的變化可以往往可以作為衡量植物耐鹽性的表征.

3.1 鹽對植物葉綠素的影響

葉綠素是植物生長的重要指標(biāo)之一，參與植物光合作用的主要色素，研究報道大多數(shù)植物在水分、重金屬、有機(jī)物的脅迫下葉綠素含量下降[11-14]，部分植物在重金屬脅迫下葉綠素含量會上升[15].在不同濃度污水廠尾水[16]和不同營養(yǎng)水平水體[17]對穗花狐尾藻等沉水植物葉綠素含量變化趨勢研究，其變化趨勢隨著時間的增加先升高后下降，本實(shí)驗(yàn)室2個較高濃度組(0.5%、0.8%)葉綠素含量變化趨勢與之一致.但低濃度組(0.2%)葉綠素含量呈下降趨勢與對照組相似并沒有顯著差異(P>0.05).據(jù)研究發(fā)現(xiàn)沉水植物狐尾藻在單鹽鹽度0.05 mol/L脅迫下生長良好[18]，高營養(yǎng)鹽在短時間內(nèi)可對狐尾藻的光合產(chǎn)生促進(jìn)作用[16]，但一定濃度鹽脅迫會造成葉綠體雙層膜部分損壞[19]，對葉綠素形成產(chǎn)生影響.本研究中不同鹽濃度對粉綠狐尾藻葉片葉綠素的含量產(chǎn)生不同的變化趨勢，筆者推測低濃度(0.2%)對粉綠狐尾藻葉綠素的合成過程產(chǎn)生抑制，而較高兩鹽濃度(0.5%、0.8%)短時間上刺激葉綠素合成，隨著時間延長，植物因其它生理特性的調(diào)節(jié)作用，使得葉綠素含量逐步恢復(fù).

3.2 細(xì)胞滲透調(diào)節(jié)對鹽的響應(yīng)

滲透調(diào)節(jié)作用作為植物適應(yīng)逆境脅迫的重要生理機(jī)制之一.當(dāng)形成鹽脅迫時，可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)作為快速形成，提高細(xì)胞內(nèi)溶質(zhì)濃度，降低水勢，使植物吸水恢復(fù)正常并維持正常代謝活動[20-21].

鹽脅迫可造成植物體內(nèi)滲透壓改變，生長受到抑制，葉片內(nèi)可溶性糖含量增加，可調(diào)節(jié)植物體內(nèi)滲透平衡[22].本實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)粉綠狐尾藻在短時間內(nèi)可溶糖迅速增加，后期其含量隨著時間延長而下降，表明植物體對不同鹽濃度能迅速啟動滲透調(diào)節(jié)機(jī)制，保護(hù)植物細(xì)胞膜免受鹽脅迫傷害.

當(dāng)植物體受到鹽脅迫時，植物體內(nèi)某些脅迫蛋白被逆境促進(jìn)或誘導(dǎo)形成，抵御逆境脅迫，蒲公英(TaraxacummongolicumHand.-Mazz．)葉片在鹽脅迫下可溶性蛋白含量顯著升高來緩解鹽脅迫傷害[23]. 本研究結(jié)果顯示，在不同濃度含鹽污水中，粉綠狐尾藻葉片可溶性蛋白含量持續(xù)性增長，與前者研究結(jié)果相似.脯氨酸作為植物細(xì)胞滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，可幫助清除多余的氧自由基，在受到逆境脅迫時會積累較多的脯氨酸.本實(shí)驗(yàn)粉綠狐尾藻葉片脯氨酸含量因鹽脅迫而增大，隨時間呈現(xiàn)下降趨勢，與張淋淋[24]等對不同土壤水分對西洋參(PanaxquinquefoliumL.)葉片中脯氨酸含量變化趨勢變化規(guī)律不一致.筆者發(fā)現(xiàn)粉綠狐尾藻脯氨酸含量變化趨勢與可溶性蛋白含量變化趨勢相反，猜測不同的生活環(huán)境和脅迫基質(zhì)對植物滲透調(diào)節(jié)機(jī)制產(chǎn)生的產(chǎn)物或許不一樣，其關(guān)聯(lián)性可進(jìn)行下一步研究.

3.3 鹽對細(xì)胞膜脂質(zhì)過氧化的影響

逆境條件下植物大量的活性氧，使植物細(xì)胞膜的脂質(zhì)在過氧化作用下產(chǎn)生過氧化產(chǎn)物丙二醛，其通常作為表征植物在脅迫因子作用下的損傷程度[25].在不同鹽濃度污水下，粉綠狐尾藻葉片丙二醛含量初始時逐漸上升，表明短期內(nèi)細(xì)胞膜產(chǎn)生膜質(zhì)過氧化而被損傷，但隨著時間推移丙二醛的含量逐漸下降，表明粉綠狐尾藻葉片細(xì)胞膜逐漸恢復(fù)，活性氧被清除，說明粉綠狐尾藻在本實(shí)驗(yàn)鹽濃度范圍內(nèi)可以通過自身鹽脅迫響應(yīng)機(jī)制來抵制逆境.

4 結(jié)論

低濃度時葉綠素含量隨時間變化下降，而較高濃度的變化呈先上升后下降趨勢，僅14 d時低濃度顯著低于對照組(P<0.05)；可溶性糖含量隨著濃度的增加而升高，隨時間呈先上升后下降趨勢，在各個時期的可溶性糖含量都極顯著高于對照組(P<0.01)；高濃度時可溶性蛋白含量隨時間呈上升趨勢，而低濃度時呈現(xiàn)先上升后下降趨勢同時各個時期之間具有差異顯著(P<0.05).各個鹽濃度下脯氨酸含量高于對照并隨時間下降，7 d時含量極顯著高于對照組(P<0.01).丙二醛含量隨時間變化呈現(xiàn)先上升后下降趨勢， 14 d時高濃度與對照組之間具有差異顯著(P<0.05).除葉綠素外，其它指標(biāo)都與鹽濃度顯著正相關(guān)，而且除葉綠素外的指標(biāo)之間呈顯著正相關(guān).結(jié)果說明，鹽主要對植物細(xì)胞的滲透特性產(chǎn)生影響，粉綠狐尾藻對含鹽污水具有一定的耐受性，可以作為處理含鹽污水人工濕地的構(gòu)建植物，為后續(xù)構(gòu)建粉綠狐尾藻熱工濕地處理含鹽污水提供參考.