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氮、磷是水生生物生長和再生所需的重要物質(zhì)，但同時氮、磷過剩又是引起水體富營養(yǎng)化的主要原因。已有研究表明，在水體氮污染或氮素充足條件下，磷是造成水體富營養(yǎng)化的關(guān)鍵性限制因素，對水體富營養(yǎng)化的貢獻(xiàn)尤為特殊［1－2］。采用各種綜合整治措施控制磷污染是防治水域富營養(yǎng)化的有效方法［3－4］。近年來利用浮萍科植物去除污水中的氮和磷在國內(nèi)外水處理領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用［5－8］。與浮萍對氮的吸收相比，反硝化細(xì)菌和氨的揮發(fā)對除氮的作用可能更大。因此，VERMAAT等［9］認(rèn)為浮萍去除的營養(yǎng)物以磷為主。浮萍對水體中磷的去除易受環(huán)境及營養(yǎng)條件的影響。對浮萍科植物的研究也表明在不同的環(huán)境條件下，其除磷效率亦明顯不同［10］。水體中氮的形態(tài)會對浮萍吸收磷產(chǎn)生影響。生長在NH+4-N環(huán)境下的浮萍長勢和磷去除率均高于NO－3-N環(huán)境，浮萍在生長過程中優(yōu)先吸收NH+4-N［11］。另外也有研究表明，污水中磷濃度不會影響浮萍的生長速率和磷轉(zhuǎn)移能力，但會影響其轉(zhuǎn)移磷的速率，并且浮萍的磷轉(zhuǎn)移速率隨污水中磷濃度的增大而升高［12－13］。在用Spirodelapunctata7776浮萍品種處理養(yǎng)豬場厭氧廢水的夏季試驗(yàn)中，浮萍對磷的去除速率隨污水稀釋程度的增大而下降［14］。有些學(xué)者指出，就浮萍對磷的消耗總量而言，高濃度污水大于低濃度污水［15－16］;就消耗效率(營養(yǎng)消耗比)而言，低濃度污水卻高于高濃度污水。因此，有必要就水體中磷濃度對浮萍磷吸收效率的影響展開深入研究。筆者以長江三角洲地區(qū)常見的紫萍為研究對象，通過不同磷初始濃度條件下紫萍對培養(yǎng)液中磷去除率試驗(yàn)，結(jié)合紫萍體內(nèi)與磷素代謝密切相關(guān)的酸性磷酸酶(ACPase)活性變化，探討水體磷濃度對紫萍磷吸收效率的影響，以期為利用紫萍進(jìn)行富營養(yǎng)化水體生態(tài)修復(fù)提供理論指導(dǎo)。   1材料與方法   1.1試驗(yàn)材料   試驗(yàn)選用浮萍科(Lemnacea)紫萍屬(Spirodela)紫背浮萍(Spirodelapolyrrhiza)為研究對象，該種浮萍植株飽和磷含量顯著高于其他浮萍品種［17］。供試紫萍采自揚(yáng)州市保障河河段(北緯32°25'24.4″，東經(jīng)119°25'17.4″)，取回的紫萍置于生活污水中進(jìn)行預(yù)培養(yǎng)〔生活污水水質(zhì):ρ(COD)=40.3mg•L－1，ρ(TN)=16.6mg•L－1，ρ(TP)=2.6mg•L－1〕，待生物量大量增加后用作試驗(yàn)材料。使用缺磷的Hoagland營養(yǎng)液(除不加KH2PO4外，其他成分相同)，通過加入不同量的KH2PO4，分別配制成不同磷濃度的培養(yǎng)液。依據(jù)自然水體中一般的磷濃度范圍設(shè)計磷濃度水平分別為0.1、0.3、1.5、3.0、15.0和45.0mg•L－1。培養(yǎng)液配好后用0.1mol•L－1KOH和0.1mol•L－1HCl溶液調(diào)節(jié)營養(yǎng)液pH值至6.5。試驗(yàn)共設(shè)置6個磷濃度水平處理，每個處理重復(fù)3次。   1.2試驗(yàn)方法   1.2.1不同磷初始濃度對紫萍生長和磷吸收效率的影響   試驗(yàn)于2010年10月16日開始，選用250mL玻璃燒杯(直徑7cm，高10cm)為試驗(yàn)容器，用黑色膠布纏繞外杯壁以避光，裝入200mL不同磷濃度的培養(yǎng)液，挑選經(jīng)擴(kuò)大培養(yǎng)的健康浮萍植株，經(jīng)自來水漂洗去除污垢和雜質(zhì)后，每個燒杯中初始投入20個紫萍葉狀體(表面覆蓋率約為10%)。在人工氣候培養(yǎng)箱內(nèi)連續(xù)培養(yǎng)20d。設(shè)置培養(yǎng)箱內(nèi)條件:［光］照度2500～3000lx，溫度25℃，t(光)∶t(暗)為16h∶8h。每個處理重復(fù)3次。試驗(yàn)過程中，每天用去離子水補(bǔ)充燒杯中蒸發(fā)的水分，使水樣體積維持在約200mL;由于燒杯中溶液pH值會隨著浮萍培養(yǎng)進(jìn)程而產(chǎn)生變化，因此在試驗(yàn)過程中，每隔1d用pH計測定燒杯中溶液pH值，并用0.1mol•L－1KOH和0.1mol•L－1HCl溶液調(diào)節(jié)，使pH值維持在約6.5。培養(yǎng)結(jié)束時撈出全部浮萍，稱量浮萍生物量，計算生物量增加量和相對生長率(RGR，Rr，g)并測定燒杯中剩余培養(yǎng)液的磷濃度。浮萍生物量(以鮮質(zhì)量計)測定方法為:用濾水網(wǎng)斗將漂洗好的浮萍撈起，濾去自由水至無水滴出現(xiàn)，將待測浮萍平鋪在吸水紙墊上，吸水5min后，用精度為0.001g的電子天平稱量［10］。用相對生長率Rr，g來衡量浮萍的生長繁殖能力。相同時間內(nèi)，浮萍的Rr，g越大，種群增長越快。當(dāng)Rr，g＜0時，表明植株已受到毒害，逐漸死亡;Rr，g≥0時，表明植株對所設(shè)置條件能耐受。Rr，g=(lnNt－lnN0)/t，其中，Nt為t時刻種群生物量，g;N0為初始時刻種群生物量，g;t為種群增長時間，d［8］。紫萍對培養(yǎng)液中磷的去除率計算公式為:磷去除率=(磷初始濃度－磷剩余濃度)/磷初始濃度×100%。用單位鮮質(zhì)量浮萍吸磷量(mg•g－1)來表示浮萍對磷吸收能力的大小。   1.2.2不同磷初始濃度條件下紫萍酸性磷酸酶活性差異   選用250mL玻璃燒杯(直徑7cm，高10cm)為試驗(yàn)容器，用黑色膠布纏繞外杯壁以避光，在燒杯中裝入不同磷濃度的培養(yǎng)液200mL。紫萍初始投放量為0.366g(投放密度約為60%，投放密度采用標(biāo)準(zhǔn)采樣器采樣并根據(jù)完全覆蓋采樣器表面的萍體質(zhì)量換算后確定)。將裝有培養(yǎng)液和浮萍的燒杯放入三腔式光溫培養(yǎng)箱中進(jìn)行培養(yǎng)。設(shè)置培養(yǎng)條件為:［光］照度2500～3000lx，溫度25℃，t(光)∶t(暗)為16h∶8h。每天用去離子水補(bǔ)充燒杯中蒸發(fā)的水分，每隔1d調(diào)節(jié)1次pH值，使之維持在6.5。連續(xù)培養(yǎng)30d，分別在培養(yǎng)的第10、20和30天，取各磷濃度處理下的紫萍葉狀體，采用南京建成生物工程研究所的試劑盒分別測定紫萍體內(nèi)蛋白質(zhì)含量和酸性磷酸酶活性，酸性磷酸酶活性單位的定義為1min內(nèi)生成1μmol產(chǎn)物酚所需要的酶量，μmol•min－1•g－1。   1.3統(tǒng)計方法   試驗(yàn)結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。用SPSS13.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行單因素方差分析，采用最小顯著差數(shù)(LSD)檢驗(yàn)法比較不同磷初始濃度處理間紫萍對磷吸收效率的差異顯著性。   2結(jié)果與分析   2.1不同磷初始濃度對紫萍生長的影響   由圖1可知，當(dāng)培養(yǎng)液中初始ρ(磷)≤1.5mg•L－1時，隨著磷初始濃度的增大，紫萍相對生長率略有增加;當(dāng)初始ρ(磷)為3.0mg•L－1時，紫萍的相對生長率最高，達(dá)0.15d－1。當(dāng)初始ρ(磷)＞3.0mg•L－1時，隨著磷初始濃度的繼續(xù)增大，紫萍的相對生長率急劇下降。#p#分頁標(biāo)題#e#   2.2不同磷初始濃度條件下紫萍對培養(yǎng)液中磷的去除率   由圖2可知，當(dāng)培養(yǎng)液中初始ρ(磷)為0.3～3.0mg•L－1時，磷初始濃度水平與紫萍對水體磷去除率的關(guān)系不大。無論是低于還是高于該濃度范圍，紫萍對水體磷的去除率均明顯下降。當(dāng)初始ρ(磷)達(dá)到45.0mg•L－1時，紫萍對水體磷的去除率僅約為3.72%。   2.3不同磷初始濃度對紫萍磷吸收效率的影響   由表1可見，紫萍累積吸磷量隨著磷初始濃度的升高而升高，但是當(dāng)初始ρ(磷)達(dá)到45.0mg•L－1時，其累積吸磷量顯著下降。紫萍的磷吸收能力受磷初始濃度的影響趨勢與累積吸磷量相似，隨著磷初始濃度的升高，單位鮮質(zhì)量紫萍吸磷量增加，但當(dāng)初始ρ(磷)達(dá)到45.0mg•L－1時，單位鮮質(zhì)量紫萍吸磷量明顯下降。   2.4不同磷初始濃度對紫萍體內(nèi)蛋白質(zhì)含量的影響   由圖3可知，高磷濃度(≥3.0mg•L－1)處理紫萍體內(nèi)蛋白質(zhì)含量總體上高于低磷濃度(≤1.5mg•L－1)處理。其中，在低磷濃度處理中，0.3mg•L－1磷濃度處理紫萍體內(nèi)蛋白質(zhì)含量最低;在高磷濃度處理中，3.0mg•L－1磷濃度處理紫萍體內(nèi)蛋白質(zhì)含量最高，之后隨著磷初始濃度繼續(xù)升高，紫萍體內(nèi)蛋白質(zhì)含量逐漸下降。   2.5不同磷初始濃度對紫萍體內(nèi)酸性磷酸酶活性的影響   由圖4可見，隨著培養(yǎng)時間的推移，低磷濃度處理紫萍體內(nèi)酸性磷酸酶活性總體上呈下降趨勢，而高磷濃度處理則呈先下降后上升的趨勢。培養(yǎng)10和20d后，低磷濃度處理紫萍體內(nèi)酸性磷酸酶活性均高于高磷濃度處理，而在培養(yǎng)30d后，各磷濃度處理之間的差異減小，紫萍體內(nèi)酸性磷酸酶活性無太大差異。   3討論   上述試驗(yàn)結(jié)果顯示，當(dāng)培養(yǎng)液中初始ρ(磷)接近3.0mg•L－1時，紫萍的生物量增加量和相對生長率最大。當(dāng)初始ρ(磷)達(dá)到45.0mg•L－1時，紫萍相對生長率雖然顯著低于低磷濃度處理，但仍為正值，表明紫萍能耐受高磷濃度環(huán)境。從紫萍累積吸磷量和磷吸收能力來看，在一定磷濃度范圍內(nèi)，紫萍累積吸磷量隨著磷初始濃度的升高而增大，當(dāng)初始ρ(磷)達(dá)到45.0mg•L－1時，紫萍累積吸磷量顯著下降，單位鮮質(zhì)量紫萍吸磷量也表現(xiàn)出類似的規(guī)律。因此可以推斷，45.0mg•L－1磷濃度已經(jīng)超出了紫萍生長和磷吸收的最適磷濃度范圍。試驗(yàn)結(jié)果還表明，在不同磷濃度環(huán)境中，紫萍酸性磷酸酶活性存在差異:當(dāng)初始ρ(磷)≤1.5mg•L－1時，在受到短期低磷脅迫后，紫萍體內(nèi)酸性磷酸酶活性高于磷營養(yǎng)充足時。隨著低磷脅迫時間的延長，低磷條件和高磷條件之間的這種差異減小，其原因可能是在長期供磷不足情況下紫萍的生長受到抑制所致。環(huán)境中磷營養(yǎng)水平可直接影響植物體內(nèi)各種營養(yǎng)和生理代謝過程［18－19］，進(jìn)而間接影響植物體內(nèi)酸性磷酸酶的形成和向體外分泌。上述研究結(jié)果表明，紫萍對磷的適應(yīng)性很強(qiáng)，在ρ(磷)為0.1～45.0mg•L－1的水體中均可生長，在ρ(磷)為0.3～3.0mg•L－1的水體中磷去除率均可達(dá)70%以上，說明紫萍不僅可以用于富營養(yǎng)化嚴(yán)重的景觀水體修復(fù)，也能用于氮、磷濃度較高的生活污水和農(nóng)業(yè)廢水的綜合治理。但同時也應(yīng)看到，大量紫萍覆蓋水面將破壞水體景觀，如不進(jìn)行定期打撈，植物體還會在水中腐爛，易導(dǎo)致氮、磷重新進(jìn)入水體而產(chǎn)生污染。因此，若要提高紫萍的磷吸收效率，將紫萍污水凈化技術(shù)進(jìn)一步推廣應(yīng)用，還需結(jié)合科學(xué)的管理策略。   4結(jié)論   (1)在初始ρ(磷)為3.0mg•L－1時，紫萍的相對生長率最高，生長繁殖速度最快;當(dāng)初始ρ(磷)達(dá)到45.0mg•L－1時，紫萍的相對生長率急劇降低，生長受到抑制。(2)當(dāng)初始ρ(磷)為0.3～3.0mg•L－1時，紫萍對水體中磷的去除率可高達(dá)70%以上，低于或高于該磷濃度范圍，去除率均明顯下降。(3)當(dāng)初始ρ(磷)為0.1～15.0mg•L－1時，紫萍累積吸磷量和單位鮮質(zhì)量紫萍吸磷量均隨著磷初始濃度的升高而增加;當(dāng)初始ρ(磷)達(dá)到45.0mg•L－1時，其累積吸磷量和單位鮮質(zhì)量紫萍吸磷量均明顯下降。(4)高磷濃度處理紫萍體內(nèi)蛋白質(zhì)含量總體上高于低磷濃度處理。當(dāng)初始ρ(磷)為3.0mg•L－1時，紫萍體內(nèi)蛋白質(zhì)含量最高，之后隨著磷初始濃度的繼續(xù)升高，紫萍體內(nèi)蛋白質(zhì)含量逐漸下降。(5)在培養(yǎng)的前20d，當(dāng)初始ρ(磷)≤1.5mg•L－1時，紫萍體內(nèi)酸性磷酸酶活性高于高磷濃度處理，但隨著低磷脅迫時間的延長，紫萍由于長期缺乏磷營養(yǎng)，生長受到抑制，培養(yǎng)后期低磷條件和高磷條件之間酸性磷酸酶活性的差異減小。