环境变化对水生植物源挥发性有机物(BVOCs)产生的影响及其生态学意义

Biogenic volatile organic compounds (BVOCs) produced by plants are of important biological functions such as resisting environmental changes, stresses and mechanical injuries. Also they potentially affect atmospheric environmental quality, global change and the cycling of carbon and nitrogen. As a result, the functions of BVOCs and the relationship between BVOCs and global change are increasingly concerned. However, most of research evidences on BVOCs come from terrestrial plants, BVOCs emission and their responses to environmental changes are still unclear in aquatic macrophytes. In this study, we will conduct some field experiments in shallow lakes in middle and lower basin of Yangtze River and some control experiments to examine the BVOCs emission from aquatic macrophytes and the responses of BVOCs emissions to environmental changes. Here, based on microwave-assisted purge-and-trap extraction device coupled with gas chromatography and mass spectrometry technique, we try to identify BVOCs emitted from some important aquatic plants of different life forms, to assess the effect of changes of water temperature, illumination intensity, and total nitrogen and total phosphorus concentrations in water body on BVOCs emission, and to clarify the eco-physiological significance of BVOCs in plant-environment interactions. The results of this study will add new knowledge to the understanding of BVOCs emissions, and also provide important information for studies of effects of BVOCs produced by aquatic macrophytes on global change and regional atmospheric environmental quality.

植物源挥发性有机物（BVOCs）是植物重要的防御物质，亦是全球碳循环重要组成部分，其研究对于阐明BVOCs重要生理生态功能及在全球碳循环中的贡献具有极其重要的科学意义。目前为止，以水生植物为对象的BVOCs相关研究极少且集中在化学他感作用方面。本研究以水生植物为研究对象，采用野外生态学和实验生态学相结合的研究方法及气相色谱质谱联用的BVOCs检测手段，研究长江中下游不同营养类型湖泊不同生活型水生植物所释放的主要BVOCs种类；通过受控实验，研究温度、光强、氮、磷等主要环境因子变化对水生植物BVOCs排放的影响；结合已有研究成果，探讨水生植物产生和释放的主要BVOCs的生理生态功能。该研究将深化我们对水生植物BVOCs排放规律等方面的认识，其结果将进一步补充和完善植物源BVOCs研究的理论成果，同时也为水生植物BVOCs释放对全球变化及区域大气环境质量影响等方面的研究提供重要基础资料。

植物源挥发性有机物（BVOCs）是目前生物科学和大气科学的研究热点之一，其研究对于全球碳循环及区域大气环境质量等方面具有重要意义。但目前为止，关于植物源BVOCs的研究几乎均来自于陆生植物，对水生植物特别是沉水植物所产生及释放的BVOCs产生及影响因子的研究尚属空白。本项目以常见的水生植物为研究对象，通过室内受控实验以及气质联用BVOCs定性和定量测定方法，研究常见水生植物所产生和释放的主要BVOCs以及光、温及水质对典型沉水植物源BVOCs产生的影响，主要结果如下：.1.25种常见不同生活型水生植物通过GC-MS全扫描定性分析共检测产生主要挥发性有机物73种，主要为醛类、醇类等；其中醛类21种，醇类16种。从所产生的BVOCs出现频率看，出现频率最高的为正己醛，在23种植物中检出。分析表明相同生活型的水生植物的挥发性有机物组分更有相似性；从亲缘关系上来说，相同科属的水生植物所产生的BVOCs相似性较高。.2.34种常见不同水生植物所释放的主要化合物有70种。主要为醇类、烯烃类、酮类和芳香烃类化合物，分别为25种、11种、8种和8种。从生活型和生活型而言，沉水与挺水植物释放的BVOCs种类较多为48种化合物，而漂浮植物和浮叶植物释放的BVOCs种类较少，分别为14和13种；从进化等级看，水生植物释放BVOCs的种数大致呈现按进化等级依次增多的趋势。方差分析表明水生植物的生活型而不是进化等级显著影响其所释放BVOCs种类组成。.3.水体营养显著影响苦草产生反式-2-戊烯醛和2-正戊基呋喃的含量。研究结果表明反式-2-戊烯醛都可以起到直接防御或者激活防御系统的作用，2-正戊基呋喃在植物抗氧化保护机制方面具有重要作用。.4.光强显著影响苦草产生2-正戊基呋喃、苯乙醛、壬醛、反,顺-2,6-壬二烯醛和β-紫罗兰酮的含量；对2-正戊基呋喃和苯乙醛，在弱遮光条件下的产生含量要显著高于强遮光。.5.增温处理显著增加菹草所产生BVOCs总量，且显著增加己醛的产生量；菹草苯乙醛产生量在增温处理条件显著高于在不增温处理和波动增温处理。研究结果表明需要进一步研究水生植物所产生这些BVOCs的生态作用。