基于水网藻化感作用的富营养化水体生物修复机理研究

利用植物化感作用可以有效抑制富营养化水体中藻类的生长，且该方法具有效率高、成本低、无二次污染等优点。目前对化感作用除藻的研究还不够深入全面，包括高效化感植物的选取、化感作用机理、化感物质的生态安全性、化感作用的影响因素等，这极大限制了化感作用除藻方法在实际工程中的应用。本项目选取具有高效抑藻能力和吸收氮磷能力的水网藻作为研究对象，研究（1）水网藻化感物质的释放途径；（2）水网藻对藻类的化感抑制作用机理；（3）水网藻化感物质分离提纯的最优条件；（4）水网藻化感物质对开放性水体的生态安全性；（5）水网藻对富营养化水体的最优修复模式。本项目旨在为水网藻治理水华的可行性提供科学依据，为今后植物化感作用除藻方法的开发应用提供理论基础。

利用物种间相生相克现象改善环境问题的生物修复方法是目前的一类研究热点，其中较为重要的是利用水生植物或植物残体进行富营养化水体控藻，国内外对这类问题的研究很重视。课题组针对水网藻针对铜绿微囊藻的化感抑制作用进行了深入的研究。首先，课题组研究了水网藻对铜绿微囊藻的抑制能力，并分别进行了分离培养、共生培养以及种植水添加的实验，发现水网藻对铜绿微囊藻具有极强抑制作用；其次，以光合系统、抗氧化酶系统以及细胞膜完整性为检测目标，研究了水网藻对铜绿微囊藻的化感抑制靶点，揭示水网藻对铜绿微囊藻化感杀灭的本质机理；第三，分别从水网藻种植水和水网藻体内分离出化感活性组分，经GC-MS鉴定其混合物大多为已知具有化感能力的有机物；并选取了不同类型的化感物质进行化感机理的比较，筛选出化感能力强、毒性小的化感物质进行复配制得抑藻剂；第四，选取有机酸和生物碱两大类化感物质中化感能力强的阿魏酸、N-苯基-2-萘胺、水杨酸、壬酸，而香豆素和肉桂酸等化感物质，研究其水稻对种子发芽抑制率，发现仅香豆素和肉桂酸对种子发芽影响较为明显，其他化感物质生态安全性较好。第五，以An-Johnson-Lovett为基础，通过引入三种生物学模型，得到三个改良型模型，经验证三个模型均能很好的反应水网藻对铜绿微囊藻的剂量-效应关系；最后，利用Box-Behnken响应曲面法探究了水网藻的最佳生长条件，为水网藻应用于自然水体富营养化修复提供参考和现实性。本课题从生态恢复角度出发，综合生态工程手段和环境工程技术，选择具有较强抑藻能力和吸收氮磷能力的水网藻作为研究对象，以其化感抑藻作为理论基础，分析其抑藻机理和生态安全性，为生态工程应用提供基础。