底泥厌氧环境和光照对菹草萌发和幼苗生理的影响

摘 要: 通过向底泥中投加不同量的蔗糖使其发生厌氧反应以模拟不同程度的底泥厌氧环境, 研究这种环境和光照强度对菹草石芽萌发和幼苗生理作用的影响。实验结果表明, 底泥厌氧环境能显著降低菹草石芽的最终萌发率, 且低光照会加剧这种趋势; 尽管低光照不一定会提高最终的萌发率, 但对提早石芽的萌发是有利的。在01 1%蔗糖投加处理中, 幼苗的叶绿素和可溶性蛋白含量最高( 平均为21 50 和191 28 mg/ g FW) , 其后随投加量的升高而降低, 而游离氨基酸的含量却一直呈上升趋势, 最高时达到01 24 mg/ g FW , 但低光照却使它下降; 可溶性糖含量基本不受底泥厌氧水平的影响, 但随着光照减少而降低。随着厌氧水平的增加( 从对照到01 5%蔗糖投加量) , 菹草的超氧物歧化酶( SOD) 活性呈现上升趋势, 但在11 0%蔗糖投加处理中活性降至最低; 而过氧化物酶( POD) 活性一
直处于下降趋势。研究结论是: 底泥厌氧对菹草石芽萌发影响显著, 这种影响可能比低光照的限制作用还要重要。轻度的厌氧环境反而能促进菹草幼苗的生理代谢, 但随厌氧水平的升高对碳氮平衡和其它生理活动产生不利影响。此外, 底泥厌氧环境对菹草幼苗的抗氧化系统也有明显刺激作用。

    在湖泊、河流的生态修复和重建工程中, 沉水植物的恢复是水体从藻型水体向草型水体转变的关键[ 1, 2] , 但是富营养化湖泊中常见的高营养、低光照等不利条件往往成为植被恢复的限制因子。目前国内外很多研究者致力于沉水植被恢复的研究, 热点集中在水体理化性质、光照、水位波动、底质类型、动物牧食等因子对水生植物生长生理的影响[ 3~ 5] , 一般认为低光照是引起沉水植物大面积衰亡和难于恢复的主要原因[ 6, 7] 。除此之外, 随着湖泊有机污染负荷的增加, 底泥中有机质积累也达到了十分惊人的水平, 这些有机物的分解会迅速耗竭间隙水中的溶解氧, 使底泥氧化还原电位下降而呈厌氧状态, 同时有机质厌氧分解产生的有机酸、硫化物、氨氮等积累对沉水植物根系生长极为不利[ 8] ; 而且因pH 和Eh 下降而产生的一系列理化性质的变化, 使得底泥中重金属和营养盐大量释放[ 9, 10] , 生物可利用性增加, 也会对植物生长造成直接或间接的伤害。目前国内研究底泥厌氧对沉水植物影响的很少, 国外的实验室研究是采用向底泥投加一定量有机物来模拟厌氧环境, 其特点是投加后会引起一系列物理、化学和生物特性的变化, 对沉水植物的影响也将是综合性的, 比较接近于野外实验条件。如T err ados 等( 1999 年) 向海洋底泥中投加蔗糖以模拟还原环境,研究底质还原条件对大叶藻( Zost era mar ina ) 生长密度和生物量的影响, 结果表明底质的厌氧环境限制了大叶藻的生长, 甚至使其腐烂死亡[ 8] ; Ho lmer等( 2005 年) 发现向底泥中添加焦糖使大叶藻组织中积累大量硫元素, 这与底泥中硫酸盐被还原并被植物大量吸收有关[ 11] ; 而Goodman 等( 1995 年) 则是直接把硫化物投加到底泥中以研究底泥硫化物和光照对大叶藻光合作用的影响[ 12] 。
    菹草( P otamog eton cr i sp us L. ) 为眼子菜科多年生沉水草本植物, 分布广泛, 是我国很多湖沼、池塘水体的优势种, 在自然环境中菹草主要依靠植株顶端的繁殖鳞茎) ) ) 石芽( 又叫休眠芽、芽苞、殖芽等) 进行繁殖[ 13] 。在大面积的沉水植被恢复重建中, 菹草石芽常在春季被采集起来用于次年的撒播种植。关于底泥的厌氧环境对菹草石芽的萌发和苗期生长影响的研究国内极少。另外, 富营养化水体较低的透明度, 使低光照可能成为菹草在萌发期和苗期的限制因素[14] 。研究这两大因素对菹草石芽萌发和苗期生长的影响, 对菹草在富营养化湖泊中的消亡机制研究以及湖泊植被恢复实践有重要意义。