（植物学专业论文）黑藻对水华的抑制及其机制的研究.pdf

本人郑重声明 论文独创性声明 1 、坚持以“求实、创新”的科学精神从事研究工作。 2 、本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究 成果。 3 、本论文中除引文外，所有实验、数据和有关材料均是真实的。 4 、本论文中除引文和致谢的内容外，不包含其他人或其它机构 已经发表或撰写过的研究成果。 5 、其他同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了声明并表示 了谢意。 作者签名： 日期： 学位论文使用授权声明 本人完全了解南京师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学 校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电 子版和纸质版：有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论 文进入学校图书馆被查阅；有权将学位论文的内容编入有关数据库进 行检索；有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在 解密后适用本规定。 作者签名： 日划： 硕士研究论文 中文摘要 摘要 本实验以黑藻( h y d r i l l av e r t i c i l l a t a ) 为材料，通过共培养和养殖水培养 两种方式研究了黑藻对铜绿微囊藻( m i c r o c y s t i ca e r u g i n o s a ) 生长的影响。研 究发现，共培养条件下黑藻不但对铜绿微囊藻的超微结构产生进行性破坏， 还对其生理生化各个方面产生影响，具体表现为铜绿微囊藻细胞生长量显著 降低，藻体叶绿素a 含量和光合速率急剧下降，呼吸速率、超氧物歧化酶 ( s o d ) 活性、可溶性蛋白含量均呈现先升高后下降的趋势，膜脂过氧化产 物丙二醛( m d a ) 的积累量与超微结构所显示的细胞膜的损伤程度相一致。 黑藻养殖水对铜绿微囊藻的生长抑制作用同样也是非常显著的。生理 上首先表现在对叶绿素a 的破坏，从而减少了铜绿微囊藻的同化产物，抑制 微囊藻的生长；同时又对其呼吸和光合速率产生影响，使其表现出处于受外 界胁迫的状态；破坏了铜绿微囊藻细胞膜的完整性，使细胞内的物质大量渗 出，因而在生长量上表现为铜绿微囊藻生长量的显著降低。在细胞的超微结 构上同样也印证了生理上的破坏，表现为细胞壁、膜的破坏，类囊体片层的 损伤直至细胞的解体。可见，黑藻是通过向水体分泌某些化学物质来对铜绿 微囊藻的生长产生影响的。 对黑藻分泌的化感物质作了初步的分离、纯化和鉴定。首先利用乙醚、 乙酸乙酯、石油醚三种有机溶荆对黑藻养殖水进行充分萃取及浓缩，对浓缩 液利用铜绿微囊藻进行生物检测，发现乙醚提取物的抑藻效应最为明显。对 乙醚提取物作进一步的气质联用分析发现有如羊毛鼬烯、苯二甲酸丁酯等 具有潜在化感效应的物质。 关键词：黑藻：铜绿微囊藻；抑藻效应：化感物质 硕士研究论文 英文摘要 a b s t r a c t i nt h i se x p e r i m e n t ，m e t h o d so fm i c r o c y s t i ca e r u g i n o s ac o c u l t i v a t e dw i t h h y d r i l l av e r t i c i l l a t aa n dm o e r “g i n o s oc u l t i v a t e dw i t hhv e r t i c i l l a t ac u l t u r e w e r e u s e dt os t u d yt h ee f f e c t so fhv e r t i c i l l a t ao nm a e r u g i n o s aa n di t s m e c h a n i s m i nt h ef i r s tm e t h o dt h a tma e r u g i n o s ac o - c u l t i v a t e dw i t h - ， v e r t i c i l l a t a t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a t 膨a e r u g i n o s ag r o w t hw a so b v i o u s l y i n h i b i t e db yhv e r t i c i l l a t a m ，a e r u g i n o s a su l t r a - s t r u c t u r ew a sd e s t r o y e da n d f i n a l l yd i s i n t e g r a t e d ；c h l o r o p h y l l a c o n t e n t ，p h o t o s y n t h e t i c r a t ed e c l i n e d e v i d e n t l yf r o mt h eb e g i n n i n g ；r e s p i r a t o r yr a t e ，s o da c t i v i t ya n dt h ec o n t e n to f s o l u b l ep r o t e i ni n c r e a s e df i r s t l y ，b u td e c r e a s e da st r e a t m e n tt i m ew e n to n ；m d a a c c u m u l a t i o nw a sc o n s i s t e n tw i t ht h ed e g r e e so fi t sc e l ld e s t r u c t i o n h jv e r t i c i l l a t ac u l t u r eh a dt h es a m en o t a b l ei n h i b i t o r ye f f e c t so nm a e r u g i n o s a r e s u l t ss h o w e dt h a tma e r u g o n s a sc h l o r o p h y l lac o n t e n tr a p i d l y d e c l i n e d a st h es a m et i m ehv e r t i c i l l a t ae f f e c t e dm a e r u g i n o s ao n i t s p h o t o s y n t h e t i cr a t ea n dr e s p i r a t o r yr a t e ag r e a tq u a n t i t yo fs u b s t a n c eg o to u t f r o mt h em a e r u g i n o s ac e l l sa f t e ri t sm e m b r a n ew a sd e s t r o y e d t h eg r o w t ho f m a e r u g i n o s aw a si n h i b i t e db yhv e r t i c i l l a t a t h ed a m a g eo fm a e r u g i n o s a ：s u l t r a s t r u c t u r ew a sc o n s i s t e dw i t hm e t a b o l i s m t h i se x p e r i m e n ti n d i c a t e dt h a th v e r t i c i l l a t ae f f e c t e do nma e r u g i n o s ab ys e c r e t i o n t h ea l l e l o c h e m i c a l so fhv e r t i c i l l a t aw a sp r e l i m i n a r ys e p a r a t e d ，p u r i f i e d a n di d e n t i f i e d e t h e r , e t o a ca n dp e t r o l e u me t h e rw e r eu s e dt oe x t r a c ta n d c o n e e n t r a t ehv e r t i c i l l a t ac u l t u r ew a t e r t h er e s u l tw a se t h e re x t r a c th a dt h eb e s t e 仃e c t t h eg c m sa n a l y s i so fe t h e re x t r a c tf r o mhv e r t i c i h a t ac u l t u r es h o w e d t h a tb e n z e n e d i c a r b o x y l i ca c i d ，d i b u t y lp h t h a l a t ea n ds o m eo t h e r sw e r et h e p o t e n t i a la l l e l o c h e m i c a l s k e yw o r d s ：h y d r i l l av e r t i c i l l a t a ；m i c r o c y s t i ca e r u g i n o s a ；a l g a e i n h i b i t i o n ； a 1 j e l o c h e m i e a l 2 硕士研究论文 文献综述 文献综述 一、铜绿微囊藻水华的研究概况 铜绿微囊藻的生物学特性 铜绿微囊藻( m i c r o c y s t i ca e r u g i n o s a ) 是一种广泛存在于水域生态系统的 原核微生物，属于蓝藻门( c y a n o p h y t a ) ，色球藻科( c h r o o c o c c a c e a e ) ，微 囊藻属( m i c r o c y s t i s 砌据) 。植物细胞为多细胞群体，群体胶被均质无色， 往往成分散的粘质状。幼植体为球型或长圆型的实心群体，后长成为网络状 的中空囊状体，随后囊体破裂而形成网状胶质群体。细腿直径3 - 7 批m ，呈现 蓝绿色，带有颗粒或伪空泡。多生长于静水中，在春夏季节生长繁茂，常形 成水华。 2 、铜绿微囊藻水华危害性及其控制 近年来，由于水体富营养化程度的日趋严重，我国南方水域夏季经常出 现大规模水华爆发现象【i ，2 1 。太湖、滇池等几大淡水湖泊也同样存在着这样 的情况，据文献报道这些水域形成水华的种类主要有蓝藻门的微囊藻属和束 丝藻属。其中又以铜绿微囊藻占绝对优势3 1 。据最新资料 4 1 显示，就太湖水 域而言，取样的7 种水体中有6 种检出铜绿微囊藻，其含量均值为1 4 3 7 8 p l 。可见无锡太湖水域污染的严重性。 有关铜绿微囊藻的毒性世界各国都曾有报道，如s t e y ndg 报道p j ， 在南非一些湖泊，由于一些鸟类及家畜饮用了含有铜绿微囊藻的湖水而死 亡。s t e p h e n s t 6 】在南非的三年调查发现，牛、羊饮用一些水库的水后，有几 千头被毒死，这些均由铜绿微囊藻中毒所致。c a r m i c h a e lww 【，1 和s t e y np p 【8 】报道，铜绿微囊藻的毒素是一种多肽化合物，它由几个氨基酸或十几个 氨基酸分子组成，其分子量在6 5 0 1 9 0 0 0 之削，是一种大分子的多肽化合物a 林毅雄州在小白鼠的动物实验中发现铜绿微囊藻的毒素是一种类肝毒素。有 的学者认为铜绿微囊藻的毒素是细胞内毒素，当藻类腐败分解后，藻毒素被 硕士研究论文 文献综述 释放到水体中，动物、家畜及水生生物饮用这种水后即发生中毒现象，甚至 死亡。人类长期饮用这种合有藻毒素的水，也会影响健康。因此，作为饮用 水的湖泊、水库及河流，若出现铜绿微囊藻引起的水华，将直接影响水的质 量，从而影响水生生物的生长及人类的健康。抑制水华爆发，抑制铜绿微囊 藻的繁衍已经成为富营养化水体治理的当务之急。 目前，为了控制藻类的生长国内外开展了大量的研究，一般可采用化 学法、换水法除藻，微生物抑藻和动物捕食等。化学法所用药剂有多种， 但用得最多的是硫酸铜。该药刻效果短暂，而且它本身也为一种污染物，不 宜多次施用。换水法治标不治本。这些方法在不同程度上都存在着费用高， 产生生态危害，不易控制等缺点，因而限制了它们的推广。在这种情况下， 用水生植物控制水体富营养化已受到国内外同行的极大关注。一方面由于这 些水生植物具有生长快的特点，能大量吸收水体中的营养物质，为水体中营 养物质提供了输出的渠道。另一方面，通过高等水生植物对藻类克制效应的 研究，采用生物生态效应改善水环境，提高水体质量显现出许多的优越性， 对其克藻物质的研究还可以丌发出一种专一、高效、能生物降解的杀藻剂， 从而为富营养化的治理探索出一条切实有效的方法。但这些研究多侧重于绿 藻与各种高等水生生物间的相互作用，对蓝藻的研究较少。 二、高等植物的化感作用 1 、高等植物的化感作用 植物化感作用是一个既古老又年轻的学科。说其古老是因为在公元前希腊 学者就记载了这一现象，说年轻是因为植物化感作用直到2 0 世纪初才被人们 认识，而进行系统和深入的研究则到2 0 世纪6 0 年代末期。也就在2 0 世纪6 0 年代，现代植物化感作用的研究开拓者，m u l l e rc h 和r i c ee l 分别丌始对 美国南加州的荆棘丛化感作用和俄克拉何马草原草本植物演替中化感作用进 行系统性的饿研究。美国南加州海岸存在有灌木、草本植物共生草原，但每 一处灌木和草本植物之间总存在着1 - 2 米的土壤裸露带，而且这是一个周期 性存在的自然现象。m u l l e r 和他的学生尽可能地排除了营养、水分等可能的 硕士研究论文 文献综述 生态因子的影响，经过近十年的研究揭示】 1 2 】：草本植物不能在灌木周围生 长的主要原因是灌木能释放萜类化合物，直接作用或经水雾淋溶到附近土壤 中，使得草本植物的种子萌发和生长发育受到致命的影响。从而揭示了这一 自然现象主要由于植物化感作用所致。进入上世纪7 0 年代，植物化感作用 的研究迅速发展，特剐是1 9 7 4 年r i c e 出版了a l l e l o p a t h y 专著，使得化感 作用的研究在全世界范围内得到关注和研究。1 9 8 4 年r i c e b 1 把化感作用完整 定义为一种植物通过其本身产生的，向体外释放的化学物质而对环境中其它 个体所产生的直接或间接的伤害作用。从化感作用的基本定义不难看出，植 物化感作用具有三个基本特征：相互作用的主客体均是植物，不包括植物 和动物及其他有机物的相互作用。相互作用的化学物质是植物的次生物质， 而且必须有合适的途径进入环境中。不包括在植物体内变化的次生物质。 化感物质主要用于影响自身或邻近植物的生长发育，若用于植物间的化学通 讯或污染环境也不属于化感作用的基本定义范围。任何一种植物，无论是在 自然生态系统还是在人工生态系统，不受到其他有机体或环境的影日l 是不可 能的。这种环境和其他有机体对植物的影响作用称作i n t e r f e r e n c e ( 干涉) 。经 典的生态学理论认为i n t e r f e r e n c e 是由于植物对空间和资源的竞争所引起的。 事实上，许多植物在生态系统中，不仅具有获褥空间和资源的能力，而且还 能释放特定的化学物质影响其他植物，或被其他植物释放的化学物质所影响。 除此之外，自然情况下，植物还要受到病源微生物、昆虫和植食动物的侵害。 有些学者认为化感作用是植物竞争的手段之一。化感作用在农业中的应用目 前已被广泛研究和应用。如利用作物植物的化感特性达到对农业生态系统中 杂草的有效控制已被广泛研究。许多作物如高粱、向同葵、小麦、玉米、 黑麦、甘薯等对杂草都有明显的控制作用，研究证明这类化感特征作物对杂 草的控制主要是通过植株被水淋溶和土壤降解途径释放活性化感物质来实现 的。因此，用这类作物的植株覆盖土壤，大量的化感物质不断地进入土壤会 使杂草的萌发和生长受到有效的抑制。利用小麦、高粱、玉米、黑麦等作物 秸秆覆盖的方法来控制杂草己在世界许多地区的农业生产中获得应用”刨a 一 些豆科植物常常在生长到一定时期后翻耕作为绿肥，这种做法可有效地增加 作物尤其是禾本科作物的产量。而且有些豆科植物还能释放化感物质有效地 硕士研究论文 文献综述 抑制一些恶性杂草的萌发和生长。土壤覆盖下的绒毛豆植株产生的l 一3 ，4 - 二 羟基丙酰胺是一种对许多杂草有强烈抑制作用的化感物质。非常发达的芹菜 根系留在土壤中，分解产生的化感物质对一些特定的杂草和作物都能产生化 感抑制作用7 】。这一研究揭示，除了作物地上部植株，作物的根系也可以降 解释放化感物质而抑制杂草，利用这一特征，对些地上部分供食用的蔬菜， 可利用残留的根部翻耕入土壤，以达到抑制杂草的目的，而不必用除草剂， 以免毒性残留转移到后续生长的蔬菜中。在我国人们对于农业和生态系统中 的化感作用也越来越感兴趣。我国水稻的化感作用。即利用不同品种水稻自 身的化感作用强弱来控制阳间杂草、昆虫的研究己越来越受到人们的重视。 研究者们不仅比较了各种品种水稻间、水稻的不同营养器官等方面在化感作 用上的差异【l 舢”l ，还从具有较强化感作用的品种中经分离、纯化、鉴定出了 水稻分泌的化合物中的化感物质的有效成分【2 “。小麦、大豆等主要农作物化 感作用的研究也不少见【2 。必须说明，作物植株的化感效应是可以随着植 株的不同部分、成熟度而显著变化的。黑麦和高粱的根和苗产生的化感效应 是有很大差别的，高粱和黑麦的根在土壤中可以有效地抑制许多杂草的生长 发育，但高粱和黑麦的苗在土壤中般不能抑制杂草的生长【2 ”。很显然，这 是高梁和黑麦植株不同部分在土壤中释放不同的化感物质造成的。进一步的 研究证实，高梁和黑麦等化感作物植株的成熟度也显著地改变它们的化感作 用效应。高粱和黑麦等其他的作物的秸秆控制杂草的能力也与秸秆的成熟度 显著相关。可见，化感作用的发现为减少农药使用，挑选优良的作物品种， 指导农业生产，保护人类生存环境等方面作出了不小的贡献。 高等水生植物的克藻作用 化感作用和化感物质的发现为解决水质污染，有效控制有害藻类滋生， 恢复良好的水环境提供了一种新的思路。有关高等水生植物抑制藻类生长的 研究有：孙文浩【2 6 】等人在排除了水葫芦( 又名风眼莲e i c h h o r n i ac r a s s i p e s ) 和藻类对光和矿物质营养竞争的影响条件下，证明水葫芦对许多藻类表现了 明显的克制作用。水葫芦的克藻机制主要是由于水葫芦根系向水体分泌有机 物质，这些有机物质能使藻类的光合作用速率显著降低，叶绿素a 被破坏， 硕士研究论文文献综述 细胞还原t t c 的能力下降，导致藻类的生长受到显著的抑制作用。而且水葫 芦根系分泌物的浓度和化感抑制和增殖作用均里正相关系。进一步的研究 1 2 7 , 2 8 】证明水葫芦的根分泌物抑藻活性比商用的杀藻物质硫酸铜还要强，其有 效的化感物质经分离鉴定为n 一苯基萘胺，这种物质存在于水葫芦的根系组 织中，也存在于水体和根分泌物中，它是一种在自然界中较为罕见的物质。唐 萍【2 9 1 等人研究了水葫芦对斜生栅藻的化感抑制作用，从生理和结构两方面 证明水葫芦对斜生栅藻的抑制。袁峻峰口0 1 等人研究了金鱼藻( c e r a o p h y l l u m d e m r s u m ) 对普通小球藻( c h l o r e l l av u l g a r i s ) 和斜生栅藻( s c e n e d e s m u so b l i q u u s ) 的化感作用，证明金鱼藻对普通小球藻和斜生栅藻均有明显的化感抑制作用， 而且这种化感抑制作用效果随金鱼藻量的增加而增加。金鱼藻培养液的提取 物含有大量的生物碱，金鱼藻中生物碱的含量与其化感抑制作用成正相关， 这与水体中金鱼藻多时抑制效果强是一致的。近年来，多年生草本挺水植物 石菖蒲川叫c o r u st a t a r i n o w i is c o t t ) 的化感作用被研究，证明石菖蒲的根系 分泌物可破坏各莉藻类的叶绿素a ，使藻类的光合速率和细胞还原t t c 的能 力下降：经石菖蒲根分泌物处理的藻类细胞在荧光显微镜下可以看到从鲜红 色变为淡兰色，表明石菖蒲对藻类有显著的化感抑制作用。而且其分泌物对 藻类的化感作用存在着高抑低促效应。水池中普生轮藻( c h a r av u t g a r i s ) 的数 量和蓝绿藻的数量及多样性呈负相关。苦草( v a l l i s n e r i as p i r a l i s ) 和金银莲花 ( n y m p h o i d e si n d i c u m ) 的种植水对小球藻表现抑制作用，种植水加热后，抑 制作用降低。这种抑隹4 作用还随季节变化两增减。水盾草、狐尾藻、葶荠、 菹草、苦草等水生植物对特定藻类有化感作用1 3 2 - 3 4 1 。水生植物西洋菜 ( n a s t u r t i “mo f f i c i n a t a ) 对某些藻类却有促进作用。水花生似l t e r n a n t h e r a p h i t i x e r o i d e s ) 、满江红口z o l i ai m b r i c a t a ) 、水浮莲、风眼莲、浮萍、紫萍等对 藻类的抑制作用也有报道【3 5 ”】。 以上报道一般均以绿藻为受体藻类，以铜绿微囊藻为化感作用研究对象 的文章不多。曾有金鱼藻、水毛莨和哥伦比亚萍三种高等水生植物分泌物对 铜绿微囊藻生长的影响的文章39 1 。该文发现金鱼藻水毛莨对它有很好的抑制 效应。另有关于狐尾藻抑制铜绿微囊藻生长的报道【3 4 l 。而有关黑藻( h y d r i l l a v e r l i c i l l a t a ) 对铜绿微囊藻的研究甚少。 堡塑塞坚 塞燮釜垄 3 、高等植物化感作用机理 高等植物的化感物质可蛆通过各种方式抑制细胞分裂，减少细胞数量，从 而达到抑制受体生长的目的。其可能的途径主要有： 3 t 破坏细胞膜 植物分泌的化感物质能降低细胞膜的完整性，使细胞内物质大量渗出，渗 出液的电导率增加 4 04 1 o 化感物质处理2 4 小时后渗出液的电导率与化感物质 的浓度线性相关。经不同的化感物质处理后，酵母菌、玉米等都出现细胞膜透 性增加，k + 流失的现象。 3 2 破坏光合系统 叶绿素是光合作用的场所，有些化感物质通过破坏藻类的叶绿素，减 少藻类的同化产物，从而抑制藻类的生长。光合系统被破坏同时也表现在藻 类光台效率的降低直至光合作用功能的丧失1 2 9 4 2 , 4 3 1 。 3 3 影响某些酶的活性 化感作用能影响生物体的酶活性，由于酶的特性不同，化感物质能够提 高某些酶的活性，却能降低另一些酶的活性，或者是在化感物质浓度低的时 候提高某些酶的活性，等达到某一阕值后反而抑制它的惩性。化感物质对植 物过氧化物酶( p o d ) 、超氧物歧化酶( s o d ) 等抗性酶的影响报道不多2 9 川。 f r i e b e 4 5 也发现化感物质能影响细胞膜a t p 酶的活性。 植物化感物质的研究进展 1 、植物化感物质的种类 近年来，由于众多学科的联合，加之科学技术的进步使化感作用的研究 不仅仅停留在观察和现象的描述。植物的化感作用的研究现趋向于对化感物 质的分离、纯化和鉴定。高等植物的化感物质主要是酚类、类萜和含氮类化 合物以及聚乙炔和香豆素等次生物质。但从目前的研究结果来看，酚类和类 萜两类次生物质是高等植物的主要化感物质【4 引，含氮类化合物中，大多数生 物碱不具有化感效应。邓兰桂等1 4 7 从木麻黄中提耿了5 种抑制其幼苗生长的 硕士研究论文 文献综述 黄酮类化合物：山奈黄素3 一a 一鼠李糖苷，懈皮黄素3 一n 阿拉伯糖苷樨草 素3 ，4 一二甲氧基一70 一鼠李糖昔，山奈黄素3b 双鼠李糖苷，懈皮黄 素3b 葡萄糖苷； 於风安等f 4 8 j 从乌桕叶中分离出了4 种抑制钉螺生长的 晶体：山茶酚，没食子酸，没食子酸乙酯，懈皮素；刘秀芬等【2 4 】从根际土壤浸 出液中提取出了抑制小麦、玉米种子萌发和幼菌生长的十四烯苯甲醛和对叔 丁基苯甲酸( 该物质首次报道) ；王大力等【4 9 】从豚草茎叶水浸液中提取出了抑 制大豆、玉米等农作物生长的n 一蒎烯、0 一蒎烯、樟脑、桉树脑、2 冰片烯、 莰烯、冰片、勺叶桉醇、法尼烯、尼丁子香酚、罩那醇、3 一己烯1 醇、橙花 叔醇；曾任森等口0 】利用真空液相色谱、快速柱色谱等方法从蟛蜞菊中分离出 了抑制萝h 、稗草、马唐、莴苣和苜蓿幼苗生长的两个倍半萜内酯和一个较 纯组分5 ，22 二烯- 3 豆甾醇乙酸酯、十六烯酸甲酯和十八烯酸甲酯的混合 物：马瑞霞等 ”1 利用小麦根区土壤微生物腐解成熟麦秸，提取物经g o 。m s 鉴 定并进行生物测试，证明抑制物质主要是酚、酸、醛、酮等，刺激促进物质主 要是含氮化合物，包括生物碱；胡飞等口l 】从胜红蓟水溶液中提取出了抑制小 麦，黄瓜，玉米，黑麦草，萝h ，绿豆，大蒜生长的早熟素i ，早熟素i i 及5 ，2 2 一二烯豆甾醇三种他感物质。于凤兰等对油蒿的挥发油进行g c m s 分析 出4 3 个化合物，主要为a 一蒎烯，b 蒎烯，桧烯：韩丽梅等【5 j 分析得知大豆 根茬腐解产物有酸类，酯类，醇类等物质，其中不乏化感物质。同时，阎吉 昌等在对连作大豆的化感研究中同样证明了这一点。刘少群等【5 ”用马缨丹 的叶片水提取物及其挥发油作g c m s 分析1 9 种化感物质，其中主要是。一子 丁香烯和d - 子丁香烯。 高等水生植物的化感物质有如从水葫芦中分离出的n 一苯基一2 一萘胺、n 一 苯基一卜萘胺、亚油酸、亚油酸甘油酯【2 舢。香蒲中提取得到的棕榈酸”1 。狐尾 藻中的抑藻物质是五倍子酸和焦倍酸等口。 2 、化感物质的释放途径 植物的化感物质存在于植物的各种器官中，种子、果实、芽和花粉中的 化感物质能保护植物不受损害，尤其是微生物的进攻。茎、叶组织是大量化 感物质的来源。根部的化感物质能够有效地保证根系的生长，尤其在不利的 硕士研究论文 文献综述 土壤条件下。释放到环境中的化感物质具有水溶和油溶两种性质，有时一些 化感物质具有水油双溶性，可以通过多种途径释放到环境中。 2 1 淋溶和挥发 雨雾淋溶和自然挥发是植物生长过程中经常发生的自然过程。雨雾等自 然水分能够从活体植物的茎、叶、枝、干等器官表面将化感物质淋溶出来， 对于水溶性的化感物质是很容易被淋溶到环境中的，一些油溶的化感物质虽 然在水中的溶解度很小，但在一些其他物质的共溶情况下，也可以被雨雾淋 溶到环境中。虽然这些油溶的化感物质浓度很低，但它们一般具有较强的生 物活性，足以产生化感作用效应。般而言，茎叶以及死亡的细胞组织由于 环境腐蚀作用，表面产生裂缝，因而较新的茎叶更容易被雨雾淋溶出化感物 质。同样，具有较大叶面积，能够被水润湿的植物有更多的化感物质被雨雾 淋溶到环境中。相反，表面光滑或含有蜡质保护层茎叶的植物，其化感物质 不易被雨雾淋溶到环境中。死亡的植株会有更多的化感物质被淋溶出来，因 此，植物的残株产生的化感作用，第一步首先是被雨雾等水分因子淋溶出化 感物质，然后才能是在土壤和微生物等因子的影响下以分解的方式产生化感 物质。植物中含有许多对其他有机体的毒素，这些植物毒素在其活体中往往 很难被淋溶出来，但当植株死亡后，这些植物毒素特别是亲水性的毒素，可 以迅速地被淋溶出来1 3 】。许多研究证实：利用降水，从化感植物残株中得到 的淋溶液都能显著地抑制其他植物的生长：利用化感植物残株覆盖耕作地控 制杂草的方法，在多雨雾地区的效应要明显高于干旱或半干旱地区。说明植 物残株淋溶也是化感物质释放的主要途径。另一种化感物质的释放途径是挥 发。许多植物可以向环境释放挥发性物质，尤其是在干旱和半干旱地区的植 物。这些植物释放的挥发性物质往往具有不同的生态功能。它们通常能释放 樟脑、a 一蒎烯等低分子的挥发性萜类化感物质，对i 临近的可能出现的竞争植 物进行有效的化感作用，以保证自身的生长，特别是一些芳香性的植物，释 放挥发性化感物质成为其显示化感作用的主要途径5 7 5 8 1 。 2 2 根部分泌和残根的分解 根分泌是指那些健康完整的活体植物根系由根组织向土壤中释放化学物 质，不同类型的植物根系以及同一根系的不同部分能分泌不同类型和不同浓 o 硕士研究论文 文献综述 度的化学物质到土壤中。苯乙酸及其衍生物是一类典型的化感物质，许多豆 科植物都能从根部分泌这类化感物质。c r o t u n d u s 通过释放挥发性物质面影 响许多作物的生长发育，但它们同时也能通过根部分泌化感类物质的途径表 达显著的化感效应。在c r o t u n d u s 根分泌物中起化感作用的物质是极性亲水 性化合物【5 ”。谷类作物如小麦、玉米和黑麦等显示化感作用的主要途径也是 根分泌，研究表明谷类作物通过根分泌的化感物质的量与环境和自身的生长 阶段有关，环境胁迫和成熟的作物能从根部分泌较多的化感物质【6 ”。植物根 部除了能直接分泌化感物质外，另一个释放化感物质的途径是植物残根在土 壤中分解丽释放化感物质。死亡和损坏的植物根组织能被土壤中的水分淋溶 或经土壤微生物或其他物理化学因子的作用而产生和释放化感物质到土壤 中。在植物的生长过程中，往往有许多根组织死亡和损伤，因此，在土壤中 可以通过植物残根在某一点而产生高浓度的化感物质，这也是植物根系产生 和释放化感物质的途径之一。 2 3 植株的降姆 植物残株可以通过淋溶而释放化感物质，但它们最主要的释放化感物质 的途径是在环境土壤的物理化学和生物因子作用下的分解和降解成各类化感 物质。檀物通过残株分解途径释放化感物质的方式是多样的：直接从植物 残株释放化感物质。从残株释放的非活性化感物质经微生物作用而转化成 活性化感物质。微生物自身产生的活性化感物质。植物残株释放的物质 与土壤中原有化学物质相互作用雨生成的活性化感物质。植物残株释放化感 物质与其死亡时间、土壤理化性质、温度、湿度等有很大的关系a 植物残株 释放化感物质的时间，以及释放化感物质在土壤环境中的效应持久性与环境 条件、土壤因子，以及植物残株的种类等因素也有很大的关系。但土壤微生 物的作用总是主导因素。一方面微生物能加速残株的降解，而释放更多的化 感物质：另一方面微生物也能使活性的化感物质很快分解成小分子而失去活 性。在非灭菌土壤中的大豆和燕麦残株水提取物能减少4 2 玉米的根长，而灭 菌土壤中的大豆残株水提取物则减少玉米根长的8 1 伸“。 2 4 种子萌发和花粉传播 许多种子都含有大量的次生物质，种子包皮中更有保护种子的化学物 硕士研究论文 文献综述 质。当种子开始萌发时，许多次生物质将进入环境土壤中，这些次生物质对 种子临近的土壤微生物或其他植物羊孛子必掩产生影响【6 2 】，在种子中，游离氮 基酸和非蛋白的氨基酸含量往往特别高。虽然这两类氨基酸在大部分高等植 物中都存在，但在种子，特别是豆科植物种子中含量较高。如g r i f l o n i a s i m p l i c 咖l i a 种子中游离氨基酸和非蛋白的氮基酸含量达到酌子干重的1 4 之 多1 6 ”。又如a m m ir r l c l j u s 果实中含的8 - m e t h o x y p s o r a l e n 对自身无毒，但对其他 植物种子有非常高的毒性【6 。现代研究发现，花粉不仅是为了完成植物的生 殖，而且同样具有化感作用。玉米是一卜产生大量花粉的作物，研究者发现【“l ： 玉米花粉对一些伴生杂草有显著的化感抑制效应。实验证明：浓度为l m g l 的玉米花粉水溶液就能减少西瓜苗生长量的5 0 以上【6 “。进一步的实验还证明 玉米花粉对西瓜茁的生长抑制主要是影响珏瓜茧的呼吸作用。玉米花粉对其 他植物的化感抑制作用，是因为玉米花粉能够释放高浓度的苯乙酸化感活性 物质，导致其他植物的生长发育受到抑制 6 7 】。 3 、化感物质的提取，分离、鉴定和生物检测 3 ，l 化感物质的提取 化感物质的提取一般采用浸提法。浸提剂主要是两类化合物：一是无机 化合物，如h 2 0 【4 9 5 0 6 8 。6 9 1 、n a o h 7 0 1 等；二为有机化合物，如甲醇、乙 醚、氯仿【5 0 】等。在浸提过程中一般采用复式震荡1 2 4 】和索式提取m 69 1 。 3 ，2 化感物质的分离和纯化 首先是萃取法【7 2 7 3 ，7 4 ，7 5 7 6 1 。根据化感物质在两个不相溶或部分相溶的溶 剂中的溶解度不同而达到分离纯化的目的。此法虽操作繁琐，但不够精确，但由 于所用器械简单方便，快速易行，现在仍广泛使用。但由于化感物质在常用溶 剂中的溶解状况不同，因此很难将所有的化感物质全部提取出来。 其次是树脂法。这是近年来发展起来的一种新方法，根据分离机理不同 分为交换法和吸附法。交换法是利用阳离子阴离子树脂，吸附阴阳离子，无 极性或极性较弱的有机分子通过，然后洗脱和提取目的成分，从而达到纯化 的目的。吸附法是使用吸附树脂( x a d 一4 、x a d 一2 、g d x 1 0 2 、硅胶等) 吸 附和富集含化感物质在内的一些有机化合物，进行分离和纯化陬7 5 ，7 7 ，7 8 1 。 硕士研究论文 文献综述 还有层析法。利用混合物中各组分在固定相和流动相中分配平衡常数的 差异，在多次反复分配中导致各组分在固定相中很到分离。一般常用柱层析 7 7 , 7 8 、g c f 7 9 1 、h p l c t 8 1 棚等方法分离和纯化化合物。 3 3 化感物质的鉴定和检测 化感物质的鉴定：近年来，由于近代实验物理方法在化学分析上的应用， 给新发现的物质结构的测定带来了比较简单而准确的方法。根据测定溶点、 红外光谱、质谱和核磁共振等方法来确定其化学结构，然后根据测定的结构 用已知的样品来鉴定结果。目前，把色谱仪的分离装置作为质谱仪的进样系 统，把质谱仪作为色谱仪的检测系统，即把色谱仪的高分辨率和质谱仪的高 鉴别能力结合起来，组成g c m s 7 9 8 0 1 或l c m s t 7 4 1 仪器，是目前解决复杂未 知问题的最有效工具之一。 生物检测是用来测量化学物质或其成分的浓度及其生物效应大小的一种 检测方法，化感物质对受体生长的影响可以是促进作用，也可以是抑制效应。 其中包括藻类检测法【2 6 棚1 ，种子萌发法5 3 1 ，幼苗初期生长检测【4 7 8 4 1 等。藻 类检测法一般用于检测水生植物的化感效应，而陆生植物化感效应的生物检 测一般都选用后两种。 硕士研究论文 前言 刖看 江河湖泊富营养化是目前世界性的严重问题，水体的富营养化会造成藻 类大量繁生，优势种发生改变，藻类的大量繁生会引起水体缺氧，致使鱼类 及其它水生动物窒息而死。藻类大量繁生也常常引起自来水厂滤池的堵塞， 增加水处理困难。长期服用富营养化的水对人类的健康也十分有害。近年来 我国南方水域夏季经常出现大规模水华爆发现象，太湖、滇池等地形成的水 华主体是铜绿微囊藻，其属蓝藻门，微囊藻属，原核单细胞藻类，能合成和 分泌细胞毒素。因此防止水华爆发，特别是抑制铜绿微囊藻的繁衍已成为一 个维护人类生存环境的殛待解决的问题。 通过对水体中群落结构的研究，人们发现凤眼莲、水花生、水浮莲等高 等水生植物对藻类生长具有不同程度的抑制作用。特别是凤眼莲的抑制作用 最为明显。孙文浩等对凤眼莲的克藻效应进行了较系统的研究，发现在培养 藻的容器中一半的水面上植入凤眼莲后，藻的生长明显受到抑制，将去茎叶 的风眼莲做同样处理也出现使培养液中藻类的生长量降低的现象。通过实验 证明了在排除凤眼莲与藻类对光和营养的竞争这两个原因的条件下，利用凤 眼莲的种植水进行藻类的培养实验，同样也出现处理组藻类生长受到抑制的 现象，说明风眼莲的种植水中含有某些化合物能对藻类起克制作用。观察风 眼莲的无菌苗克藻效应的研究，也证明在无根际微生物着生的情况下，风眼 莲种植水仍然显示了克藻作用，说明克藻物质是由风眼莲分泌的，不是由根 际微生物产生的。已检测出风眼莲根系分泌物中能抑制藻类生长的物质有n 一 苯基一2 一萘胺等几种化合物。 黑藻，水鳖科，一年生底栖沉水草本植物。在东太湖水域黑藻大量繁殖 处，低等藻类藻体密度很小，水体清澈，提示黑藻可能对单细胞藻类生长具 有抑制效应。黑藻生长在河道和湖泊的底部，不影响航道，适于水环境的生 物治理，其对水体中包括微囊藻在内的单细胞藻类抑制效应的研究报道目前 尚未见到。本文以黑藻为材料，通过共培养和养殖水培养两种方式研究了黑 藻对铜绿微囊藻的影响。研究发现，共培养条件下黑藻不但对铜绿微囊藻的 硕士研究论文 超微结构产生进行性破坏，还对其生理生化各个方面产生影响，具体表现为 藻细胞生长量显著降低，藻体叶绿素a 含量和光合速率急剧下降，呼吸速率、 超氧物歧化酶( s o d ) 活性均呈现先升高后下降的趋势，膜脂过氧化产物丙 二醛( m d a ) 的积累量与膜的损伤程度相一致。利用黑藻养殖水同样能够达 到抑制铜绿微囊藻生长的目的。对黑藻养殖水进行分离、纯化发现有如羊毛 甾烯、苯二甲酸丁酯等具有化感效应的物质。此次研究为黑藻及其分泌物的 抑藻机理，为构建科学的水体生态调控模型及开发新型、高效、生态安全性 好的抑藻物质提供有价值的研究资料。 硕士研究论文 参考文献 参考文献 1 、林毅雄，韩梅滇池富营养化的铜绿微囊藻生长因素的研究环境科学 展1 9 9 8 ，6 ( 3 ) ：8 5 8 7 2 、陈字炜，秦伯强等太湖梅梁湾藻类及相关环境因子逐步回归统计和蓝 藻水华的初步预测湖泊科学，2 0 0 1 ，1 3 ( 1 ) ：6 3 7 1 3 、刘丽萍滇池水华特征及成因分析环境科学研究，1 9 9 9 ，1 2 ( 5 ) ： 3 6 3 7 4 、胡磊太湖水域微囊藻污染状况调查江苏预防医学，2 0 0 3 ，2 ( 3 ) ：2 1 2 4 5 、s t e y n ，d gp o i s o ni ng oa n i m a ls a n dh u m a nb e i n gb ya l g a e a f r i c a n s c i e n c e1 9 4 5 ，4 1 4 5 6 、s t e p h e n s ，e l m i c r o c y s t i st o x i c a s pn o v a p o i s o n o u sa l g a ef r o mt h e t r a n s v a la n dd e r a n g ef r o mt h et r a n s v a la n do r a n g ef r e es t a t e h y d r ob i o l o g y 1 9 4 8 1 ：1 4 7 ，c a r i m c h a e l 。彤g o r h a m f r e s h w a t e rc y a n o p h y t et o x i st y p es a n dt h e i r e f f e c t so nt h eu s eo f m i c r o a l g a eb i o m a s s n e wy o r ke l s e v i e r n o u t hh o l l a n d 1 9 8 0 ：1 8 一1 9 8 、s t e y n es l e g g a a rr v m y c o t o xi ns a n dp h y c o t o x i n s ( a c o l l e c t i o no f i n v i f e dp a p p e rp r e s e n td e a tt h es i x t hi n t e m a t i o ni u p ac s y m p o s i u mo nm y c o t o x i n sp r o t e i n ，19 8 54 ：2 2 2 5 9 、林毅雄，张秀敏等滇池铜绿微囊藻对小白鼠肝脏和肝脏超微结构毒害 的研究环境科学进展，1 9 9 6 。4 ( 5 ) ：5 3 6 7 l o 、沈祖芬微型生物监测新技术中国建筑工业出版社北京：1 9 9 0 2 2 3 2 4 0 ll 、m u l l e r , c h a l l e l o p a t h ya saf a c t o ri ne c o l o g i c a lp r o c e s sv e g e t a t i o n 19 6 9 ， 1 8 ：3 4 8 3 5 7 1 2 、m u l l e r , c h ，m u l l e rw h v o l a t i l eg r o w t hi n h i b i t i o n sp r o d u c t i o nb y s h r u b ss c i e n c e 1 9 6 4 ，1 4 3 ：4 7 l - 4 7 3 1 3 、r i c e ，e l a l l e l o p a t b y a c a d e m i c p r e s s ，o r l a n d o ，f l 1 9 8 4 1 6 至生婴窒堡蔓一 童耋苎茎 _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ + 一 一，一 1 4 、r i c e ，e l b i o l o g i c a lc o n t r o lo f w e e d sa n dp l a n td i s e a s e s ：a d v a n c e i na p p li e da 11e l o p a t h y 。u n iv o fo k l a h o m ap r e s s ，n o m a m