室内培养条件下不同基因型浮萍的生长繁殖能力比较

中国环境学会  2011年 06月22日

  钱晓晴 扬州大学环境科学与工程学院13511760701  扬州市邗江区华阳西路196号 扬州 225127


  摘要:以稀脉浮萍、紫萍和少根紫萍为研究对象,通过绘制在两种不同营养液中生长的浮萍种群生长曲线,分析三种不同属浮萍的生长繁殖特性。结果表明三种浮萍在Hoagland营养液中的长势均优于Hutner营养液。在低氮磷营养环境下稀脉浮萍生长繁殖速度显著高于紫萍和少根紫萍,少根紫萍生物量增长最慢;在高浓度氮磷营养环境下,稀脉浮萍叶状体增殖数高于紫萍和少根紫萍,但鲜重增加量低于后两者。
  关键词:浮萍;种群生长;氮磷
 

  Comparison of duckweed’s growth ability with different species under laboratory cultivation
  Abstract: With Lemna aequinoctialis, Spirodela polyrrhiza and Spirodela oligorrhiza, the growth reproduction characteristics of the three duckweed species were analyzed through figuring out the duckweed population growth curve. The results showed that all of the three duckweed species grew better in Hoagland’s E-Medium than in Hutner’s Nutrient Medium. The growth rate of Lemna aequinoctialis was significantly higher than the other two species in low nitrogen and phosphorus content medium, with Spirodela oligorrhiza’s biomass the slowest growth rate during the cultivation period. However in high nitrogen and phosphorus content nutrient medium, fronds of Lemna aequinoctialis, which made the lowest fresh weight growth, grew faster than Spirodela polyrrhiza and Spirodela oligorrhiza.
  Key words: duckweed; population growth; nitrogen-phosphorus


  浮萍是一种繁殖迅速的水生漂浮植物,对水体中的氮磷及重金属、化合物等有毒物质均有较强的富集作用,无论是对于富营养化的天然水体进行生态修复还是对生活污水、工业废水等高氮磷含量有机废水的二级处理上,都具有非常强的应用潜力[1-6]。利用浮萍净化富营养化水体是一种氮磷去除效率高且处理成本低的自然水体生态修复方法。本研究旨在通过种群繁殖实验,了解不同种属的浮萍在人工培养条件下的种群生长规律,有助于挑选出生长快、生物量大、污染耐受性强的浮萍种类,开发适于进行污染水体生态修复和废水净化的品种,寻找合适的生长条件等应用参数。


  试验材料与方法
 

  1.1 材料来源
  试验用浮萍取自江苏省扬州市境内。其中取自扬州大学农牧场的为浮萍科稀脉浮萍属,取自扬州市荷花池的为浮萍科少根紫萍属,取自扬州市宝藏河河段的为浮萍科紫萍属。取回的浮萍经流水清洗后放在大型培养盆中进行试验室内大规模扩大繁殖,使其适合室内的生长条件,前处理3个月左右用于试验。生物量大量扩增后挑选健康植株,经自来水漂洗去除污垢和杂质后使用。  
 

  1.2  营养液配置
  本试验采用了Hoagland’s E-Medium和 Hutner’s Nutrient Medium (见表1-1,表1-2)两种营养液[7-8],下文中简称Hoagland营养液和Hutner养液。用0.1mol·L-1 KOH调节两种营养液pH至7.0。
   表1  Hoagland’s E-Medium 配方      

   Table1 The Composition of Hoagland’s E-Medium       

   表2  Hutner’s Nutrient Medium 配方
    Table2 The Composition of Hutner’s Nutrient Medium

  营养盐

营养液浓度/mg·L-1

MgSO4·7H2O

Ca(NO3)2·4H2O

KH2PO4

KNO3

H3BO3

MnCl2·4H2O

ZnSO4·7H2O

Na2MoO4·2H2O

CuSO4·5H2O

FeSO4·7H2O

Na2EDTA

246

543

136

251

1.43

0.93

0.11

0.045

0.045

9.92

30

  营养盐

营养液浓度/mg·L-1

NH4NO3

CaCO3

MgSO4·7H2O

K2HPO4

H3BO3

MnSO4·H2O

ZnSO4·7H2O

Na2MoO4·2H2O

CuSO4·5H2O

CoSO4·7H2O

FeSO4·7H2O

Na2EDTA

20

15

50

40

1.0

1.54

6.59

2.52

0.39

0.09

25

5


  1.3  试验方法
  本实验采用不透光一次性纸杯(直径 7cm,高 10cm)为试验容器,装入200mL营养液,挑选经过放大培养的健康植株,经自来水漂洗去除污垢和杂质后,每个纸杯中初始投入20个浮萍叶状体,在人工气候培养箱内连续培养16天(培养时间以培养结束时浮萍叶状体几乎覆盖全部水面确定)。根据长江三角地区气候设置培养箱内条件:光照3000lx(每日光照16h)、温度15~25℃、湿度78%。试验设置3种不同浮萍在2种不同营养液下的生长处理,共6组试验,每组设3个平行试验。每隔三天更换一次营养液,计数一次叶状体数目,并用吸水纸吸干表面水分后,用电子天平称量鲜种。实验采用镊子从浮萍个体下方上挑进行移取,保证浮萍个体的生长状态不受影响。采用叶状体个数和鲜重两种指标绘制浮萍生长曲线,结果以平均值表示。


  结果与讨论
  
  图1分别以萍体叶状体数和鲜重绘制了三种浮萍在Hoagland营养液中的生长曲线。由图可见,三种浮萍在Hoagland营养液中生长情况良好。培养期间,浮萍生长曲线呈指数增长模式。在培养的16天里,三种浮萍叶状体数都增长了约150倍左右。其中,稀脉浮萍属长势最佳,其叶状体个数由最初的20个增加至318个。紫萍属和少根紫萍属叶状体增殖速度略低于浮萍属。稀脉浮萍属初始投入萍体鲜重0.01g,至培养结束时鲜重增至0.51g;紫萍属和少根紫萍属初始投入萍体鲜重0.02g,至培养结束时鲜重分别增至0.56g和0.57g。由于稀脉浮萍属萍体个体较小,其叶状体增加数虽然比紫萍属和少根紫萍属多,但萍体鲜重增加量低于紫萍属和少根紫萍属。
  图2分别以萍体叶状体数和鲜重绘制了三种浮萍在Hutner营养液中的生长曲线。对照图1不难发现,三种浮萍在Hutner营养液中长势不如Hoagland营养液。培养期间,浮萍生长曲线也呈指数增长模式,但在培养的16天里,三种浮萍叶状体数增长倍数约为125倍左右,显著低于Hoagland营养液。稀脉浮萍在Hutner营养液中叶状体数增殖优势不明显。稀脉浮萍属初始投入萍体鲜重0.01g,至培养结束时鲜重增至0.49g;紫萍属初始投入萍体鲜重0.02g,至培养结束时鲜重增至0.48g;少根紫萍属初始投入萍体鲜重0.02g,至培养结束时鲜重增至0.37g。在Hutner营养液中紫萍属和少根紫萍属鲜重增加量显著低于Hoagland营养液,尤其是少根紫萍属,其鲜重增加量仅为在Hoagland营养液中的63.6%。稀脉浮萍属在两种营养液中鲜重增加量变化差异不大。


  结论


  本研究中三种浮萍在Hoagland营养液中的长势均优于Hutner营养液。这两种营养液配方的最大差别在于溶液中氮元素的存在形态以及溶液中的氮磷浓度和氮磷比。Hoagland营养液中没有铵态氮存在,氮元素全部以硝酸盐形式存在;而Hutner营养液中铵态氮和硝态氮形式皆有,且两者比例为1:1。Hoagland营养液中氮浓度为99.4mg·L-1,磷浓度为15.5 mg·L-1,N:P≈6.4:1,其氮磷含量与高浓度有机废水相仿。Hutner营养液中氮浓度为7 mg·L-1,其中NH4+-N浓度为3.5 mg·L-1,NO3--N浓度为3.5mg·L-1,磷浓度为7.13 mg·L-1,N:P≈0.98:1,其氮磷含量略高于富营养化的天然水体[8]。在Hutner营养液中,紫萍和少根紫萍生物量增长量显著低于稀脉浮萍,说明在同等条件的富营养化天然水体中,紫萍和少根紫萍生长繁殖速度不如稀脉浮萍,尤其是少根紫萍生长繁殖速度较慢。而在高浓度氮磷含量的有机废水环境中,紫萍和少根紫萍表现出较强的生长优势。
   
  参考文献:
  [1]沈根祥, 胡宏, 沈东升, 等. 浮萍净化氮磷污水生长条件研究[J]. 农业工程学报, 2004, 20(1): 284- 287.
  [2]Cheng J, Bergmann B A, Classen J J, et al. Nutrient recovery from swine lagoon water by Spirodela punctata[J]. Bioresource Technology, 2002, 81: 81- 85.
  [3]Bonomo L, Pasto relli G, Zambon N. Advantages and limitations of duckweed-based wastewater treatment systems [J]. Water Science and Techno logy, 1997, 35(5): 239-246.
  [4]种云霄,胡洪营,崔理华,等. 浮萍植物在污水处理中的应用研究进展[J]. 环境污染治理技术与设备, 2006, 7(3) :14-18.
  [5]侯文华, 宋关玲, 汪群慧. 浮萍在水体污染治理中的应用[J]. 环境科学研究, 2004, 17(supp1) :70-73.
  [6]种云霄, 胡洪营, 钱易. 稀脉浮萍和紫背浮萍在污水营养条件下的生长特性[J]. 环境科学, 2004, 25(6): 59- 64.
  [7]中国科学院上海植物生理研究所. 现代植物生理学实验指南[M]. 北京:科学出版社, 1999.
  [8]孙宜敏. 浮萍对污染水体中氮磷吸收富集作用研究[D]. 上海:华东师范大学资源与环境科学学院, 2004.
  

 
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