水培蕹菜與微型生物種群的相互影響

闞元卿　孫凌　張瀅

摘要 [目的] 研究水蕹菜與藍藻、綠藻和輪蟲之間的關系及凈水機制。 [方法] 以水蕹菜為試驗材料，利用水培生態模擬的方法將小球藻、斜生柵藻、銅綠微囊藻和蛭形輪蟲添加到水蕹菜培養液中，通過測定水蕹菜的生長指標、微型生物種群變化以及營養液內的營養消耗狀況，研究水蕹菜同微型生物種群間的相互作用。[結果] 水蕹菜苗株根系發育到一定階段，主根生長停滯而側根大量萌出，營養吸收效率增大。當初始接種濃度為10.0×104 cells/ml時，小球藻刺激水蕹菜快速生長，根系及莖葉系統發達茂密，但后期高密度小球藻的營養競爭則導致水蕹菜生長減緩。混合藻的競爭及化感作用限制了水蕹菜根系發展。蛭形輪蟲繁殖產生的攝食壓力對銅綠微囊藻影響較小，卻抑制了斜生柵藻的生長。蛭形輪蟲的粘附及攝食作用對水蕹菜根系的影響明顯，導致莖葉系統發育不良，生物量下降。[結論] 該研究可為魚蝦菜生態養殖模式的推廣應用提供數據支持。

關鍵詞 水蕹菜；浮游藻類；輪蟲；水培；生長特性

中圖分類號 S181.3 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2014）03-00779-04

Abstract [Objective] The research aimed to study water purification mechanism of Ipomoea aquatica and the correlations between I. aquatica and cyanobacteria， green algae and rotifer. [Method] Taking Ipomoea aquatica as test materials， Chlorella vulgaris， Scenedesmus obliquus， Microcystis aeroginosa and Adineta vaga were added in the water culture solution of I. aquatica by hydroponic ecological simulation method. The growth characteristics of I. aquatica， changes of microbial populations and the consumption situations of nutrients in the nutritional solution were determined. The interactions between I. aquatica and microbial population were studied. [Result] When the growth development of I. aquatica seedlings reached certain stage， the main root of I. aquatica seedlings stopped growing and the lateral root developed rapidly with high adsorption efficiency of nutrients. When the initial inoculation concentration was 10.0×104 cells/ml， C. vulgaris simulated the rapid growth of I. aquatica and root， stem and leaves rapidly developed. In late stage， the nutrient competition of high-density C. vulgaris inhibited the growth of I. aquatica. The competition and allelopathic effects of mixed algae restrained the root growth of I. aquatica. The feeding pressure produced by the propagation of A. vaga had less influences on M.aeroginosa， but it inhibited the growth of S. obliquus. The adhesive and feeding effects of A. vaga had obvious effects on the root of I. aquatica， which inhibited the growth of stem and leaf system and decreased the biomass. [Conclusion] The research could provide data support for the popularization and application of fish-shrimp-vegetables ecological culture model.

Key words Ipomoea aquatica； Phytoplankton； Rotifer； Hydroponic culture； Growth characteristics

作為水產養殖大國，我國的水產品產量連年位居世界前列。高密度池塘養殖模式所引發的水體富營養化及養殖廢水排放所產生的環境污染卻呈現加劇態勢，嚴重制約著水產業的健康發展。針對養殖水域營養過剩及水質惡化的現象，研究人員將研究目光投向高效生物修復技術的應用。在養殖水凈化工藝中，微生物、藻類、動植物等充分發揮著各自優勢，以達到污染生物防治調控的目的。目前，在優良物種的篩選及其凈化效率的研究方面已初具成效[1-3]。其中，高等維管束植物以其高效的營養吸收且易于采收等優良特性倍受關注[4-5]。

魚蝦菜生態循環養殖系統的建立，旨在利用富營養化養殖水面培植浮床水生蔬菜，借助蔬菜的凈水機制，減少水體中的氮磷營養含量，并促進利于經濟水產動物生存繁衍的浮游微藻種群發展，在改善水質防治病害的同時，還可以提高魚蝦產量并產出綠色蔬菜，提高附加經濟價值[6]。旋花科水蕹菜（Ipomoea aquatica）是一種生長繁殖快、耐受性強、凈水效率高的優良植物[7]。作為一種夏秋季的重要蔬菜，它兼具營養及藥用價值。在養殖池塘水面蕹菜栽培試驗研究中，已發現其在改善養殖水浮游生物尤其是藻類群落結構中具有一定作用[8-9]。水生微型生物主要包括細菌、真菌、藻類、原生動物、輪蟲以及浮游甲殼動物等。它們對環境條件的變化反應敏感，常被用于反映水生生態系統的結構及功能。筆者以水蕹菜作為試驗材料，利用水培生態模擬的方法，選擇北方養殖水域常見的微型生物種類添加至水蕹菜培養液中，通過對水蕹菜的生長指標、微型生物種群變化以及營養液內的營養消耗狀況進行測定，研究蕹菜與藍、綠藻和輪蟲間的關系及凈水機制，從而為魚蝦菜生態養殖模式的推廣應用提供數據支持。

1.3 試驗方法

試驗時間為2012年12月20日至2013年1月4日，共持續15 d。試驗共設置A～G 7組處理，A組中不放置水蕹菜植株，接入小球藻初始密度為10.0×104 cells/ml；B～G組內均置入備用蕹菜，其中B組營養液內未接入任何藻種，C、D、E組中接入小球藻初始密度分別為5.0×104、10.0×104、20.0×104 cells/ml，F、G組中均接入混合藻液：斜生柵藻4.0×104 cells/ml與銅綠微囊藻15.0×104 cells/ml，而F組另接入輪蟲初始密度為50 ind./ml。每組處理設置3個平行樣。用盛有100 ml營養液的小燒杯在恒溫光照培養箱內展開培養，杯口除中央的植物莖稈部分均用PE膜封閉，以防水分過度蒸發。恒溫箱內光照強度為8 000 lx，水溫為（25±1）℃，光暗比為12 h∶12 h。每隔5 d 測試植物生物量、株高、根長、葉長、葉片數、分蘗狀況等生長指標及培養液內總氮、總磷等理化參數。其中，總氮測定采用堿性過硫酸鉀紫外分光光度法，總磷測定采用鉬藍法[10]。每3 d用血球計數板計數藻類密度，用0.1 ml規格浮游生物計數框計數輪蟲密度。試驗數據采用SPSS 14.0統計軟件進行數據統計與分析。

2 結果與分析

2.1 水蕹菜的根長分析

相比于陸生植物，水培植物根系的固著與支持功能在水環境內已逐漸弱化，主要為植物生長供給充足的水分與營養，而根際微型生物的滋生與影響也不容忽視[11]。從圖1可以看出，試驗前5 d各處理組內水蕹菜根長增長量無明顯差異。試驗中后期，浮游生物增殖迅速，所產生的影響逐漸顯現，水蕹菜根長差異逐步擴大。與對照相比，伴隨小球藻接種濃度的增加，水蕹菜根長增長量明顯呈現增大趨勢。影響植物根系發展的諸多因素中，營養狀況是主導因素之一[7]。營養物質多以無機離子或分子的形式被植物吸收利用。浮游微藻雖不具有維管結構，卻擁有驚人的營養吸收及細胞增殖效率，其光合固碳及蛋白合成作用甚至對整個生物界影響都極為重大。營養競爭所導致的后期營養供給相對不足，應是B～E組根長差異的主因。根長增長較快的D、E組中，后期根長變化趨緩。水培初期，水蕹菜苗直根系明顯，主根增長迅速。但發育到一定階段后，主根生長停滯或衰亡，側根大量萌出，根重增長明顯，更有利于對水環境中營養的吸收利用。在接種藍藻門銅綠微囊藻和綠藻門斜生柵藻混合藻種的F、G組處理中，水蕹菜根系伸長則呈現變緩受抑狀況，尤其是接種蛭形輪蟲的G組，后期根長增長幾乎停滯。蛭形輪蟲在水體中多營底棲或附著生活，常以足腺分泌物黏著在蕹菜根系表面作繞轉或伸縮推移，主要以細菌、微藻或是有機碎屑為食，其粘附及攝食作用對作物根系產生一定影響。混合藻類的營養競爭及化感作用也限制了水蕹菜根系生長。

2.2 水蕹菜株高分析

整個試驗期，B～G組水培溶液中水蕹菜均呈現明顯生長態勢。從圖2可以看出，對照B組反映了水蕹菜未受浮游生物干擾時的生長狀況：前10 d水蕹菜株高直線增長，末期增長速率略減。C～E組小球藻接種密度逐漸升高，前5 d C組水蕹菜株高變化與對照無明顯差異，D、E組增高量相比較低，應為較高密度小球藻接種對初期株高增長產生一定抑制，而C組因藻密度較小作用并不明顯。試驗中后期，株高變化差異更加顯著。C組水蕹菜株高增長平穩趨緩，D組植株迅速增高甚至超過對照組，隨后呈緩增趨勢。E組植物株高增幅試驗前后較為一致，這說明水蕹菜能夠逐步適應小球藻的競爭，在一定濃度的小球藻刺激下水蕹菜會加速生長，但高密度小球藻的后期生長則導致株高增長減緩。相同接種密度的藍、綠藻混培養F、G組處理中，蛭形輪蟲的引入（G組）導致水蕹菜的株高增長相較于其他處理組，從試驗初期就一直明顯偏低。

2.5 小球藻種群變化

綠藻門小球藻在淡水中分布廣泛。因其易于培養、增殖迅速、適應性強且營養豐富、光合固碳能力高，在食品、醫藥、化工、環保、科研領域都有應用。調查結果表明小球藻在北方鹽堿養殖水域常年可見。從圖4可以看出，對照組A內呈現出明顯S型生長曲線，前3 d為延滯期，細胞密度增長較緩，隨后進入為期6 d的對數增長期，第9 d開始小球藻增長速率趨緩。

D組小球藻初始接種濃度與A組相同，表現出水蕹菜對小球藻的影響。前6 d，D組小球藻細胞密度增勢迅猛，增速超過對照A組，但很快進入穩定期，與對照組A相比，其對數期明顯縮短，且進入穩定期后總細胞密度偏低。E組初始小球藻濃度為D組2倍，在接種初期濃度差距未能擴大，反而逐步靠近，其對數期較D組延后，第9天進入穩定期后生長狀況與D組保持一致。C組初始密度僅為對照組的一半，小球藻增殖與其他組差異不斷擴大，經過短暫適應調整（前3 d），進入對數期直至試驗末，總體細胞密度偏低。

3 小結

（1）初期浮游藻類總體密度較低時，水蕹菜生長差異并不顯著，但發展到中后期藻類的影響逐漸顯現，植株生長差異懸殊。水蕹菜根系發育到一定階段后，主根生長停滯而側根大量萌出，營養吸收效率增大。伴隨小球藻接種濃度的增加，水蕹菜因與藻類營養競爭呈現根長增長量升高的趨勢。

（2）當初始接種濃度為10.0×104 cells/ml時，小球藻刺激水蕹菜快速生長，根系及莖葉系統發達茂密，但后期高密度小球藻的營養競爭則導致水蕹菜生長減緩。

（3）藍、綠藻種的競爭及化感作用限制了水蕹菜根系發展，并導致葉片脫落，生物量降低。

（4）蛭形輪蟲在水蕹菜及浮游微藻培養液內大量繁殖，所產生的攝食壓力對銅綠微囊藻的影響微小，但卻抑制了斜生柵藻的快速增長。蛭形輪蟲的粘附及攝食作用對水蕹菜根系產生明顯影響，從而導致莖葉系統發育不良，生物量下降。

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