劍湖濕地微齒眼子菜對環境氮素變化的響應

李雪梅　馬長樂　敖新宇等

摘要：為了了解劍湖濕地沉水植物微齒眼子菜（Potamogeton maackianus A. Benn）對環境氮素的利用情況，測定了不同銨態氮和硝態氮脅迫下微齒眼子菜對環境氮素的響應。結果表明，微齒眼子菜在0～80 mg/L NH4Cl和0～320 mg/L的KNO3環境中均能正常生長，且外觀無明顯變化；對銨態氮、硝態氮具有較強的吸收能力，且對銨態氮的吸收能力優于硝態氮；根據微齒眼子菜對環境氮素的響應可以看出，微齒眼子菜是一種較好的耐受氮、吸收氮和轉化氮的水體生態修復植物。

關鍵詞：微齒眼子菜（Potamogeton maackianus A. Benn）；總氮；銨態氮；硝態氮

中圖分類號：S682.32 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）07-1522-03

水體中天然存在的各類水生植物不但可以消耗大量造成水體富營養化的N、P等物質，而且還會干擾藻類物質的生長，因而水生植物可作為水體恢復與重建的重要手段[1，2]。微齒眼子菜（Potamogeton maackianus A. Benn）是一種廣泛存在的沉水植物，由于其沉水生長，對水質變化的感應敏銳，且極易成活，因而受到人們的關注[3，4]。

劍湖位于云南省大理州劍川縣城東南3 km處，海拔2 186 m，屬云南省重要的高原濕地[5]。本研究選擇劍湖優勢沉水植物微齒眼子菜作為受試植物進行室內模擬試驗，研究不同銨態氮和硝態氮脅迫下微齒眼子菜對環境氮素的利用能力，為將沉水植物應用于水體的恢復與重建提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

供試水生植物：微齒眼子菜，于2011年6月采自云南大理劍川劍湖，為生長較好的整體株。

供試試劑：50%的酒石酸鉀鈉溶液、納氏試劑、pH 1的H2SO4溶液、5%水楊酸、8%氫氧化鈉溶液、0.1 mmol/L pH 7.5的磷酸緩沖溶液、1%對氨基苯磺胺溶液、濃硫酸、0.02%萘基乙烯胺溶液、NaNO2、Na2HPO4·12H2O、NaH2PO4·12H2O、KNO3、HCl、K2SO4、三氯乙酸、石英砂均為分析純。

供試儀器：0408-1型臺式低速離心機，上海醫療器械（集團）有限公司手術器械廠；Kjeltec 2300型全自動凱氏定氮儀，瑞典FOSS TECATOR公司；WFJ 7200型可見分光光度計，尤尼柯（上海）儀器有限公司。

1.2 微齒眼子菜的耐受處理

先用自來水將植株表面洗凈，種入底層為沙土的桶中，加水約35 cm深，分別加入不同量的銨態氮（NH4Cl）、硝態氮（KNO3）進行耐受處理。設置NH4Cl的濃度分別為0、5、10、20、40、80 mg/L， KNO3的濃度分別為0、20、40、60、80、100、160、320 mg/L對植株進行耐受試驗，每個試驗桶裝有大小一致的微齒眼子菜30株左右，耐受15 d后收集植株，經冼凈、剪碎、混勻制得樣品。對該樣品進行硝態氮、銨態氮、亞硝態氮、總氮含量測定。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 硝態氮含量測定 稱取2.0 g樣品置于試管中，加入10 mL的去離子水，置于沸水浴中提取30 min，將提取液轉入25 mL容量瓶中，然后繼續用適量去離子水沖洗殘渣，潤洗液一并轉入容量瓶，定容，搖勻。取樣品提取液1 mL，按鄒琦[6]的方法進行硝態氮測定，平行測定3次。樣品中硝態氮含量（μg/g）=D1×樣品提取液總量（mL）/[樣品鮮重（g）×測定時樣品液用量（mL）]，D1為從標準曲線查得的硝態氮的含量（μg）。

1.3.2 亞硝態氮含量測定 稱取2.0 g樣品置于研缽中，加入9 mL PBS、1 mL三氯乙酸和少量石英砂研成勻漿，轉移至離心管中4 000 r/min離心10 min，吸取上清液2 mL于干凈的試管中。取上清液1 mL，按鄒琦[6]的方法進行亞硝態氮測定，平行測定3次。樣品中亞硝態氮含量（μg/g）=D2×樣品提取液總量（mL）/[樣品鮮重（g）×測定時樣品液用量（mL）]，D2為從標準曲線查得的亞硝態氮的含量（μg）。

1.3.3 銨態氮含量測定 稱取2.0 g樣品置于研缽中，加入pH 1的H2SO4研細，3 500 r/min離心20 min，取上清液定容至100 mL，然后按納氏試劑比色法進行測定[7]，平行測定3次。樣品中銨態氮含量（μg/g）=D3×提取液總量（mL）/[樣品鮮重（g）×測定時樣品液用量（mL）]，D3為從標準曲線查得的銨態氮的含量（μg）。

1.3.4 植物中總氮含量測定 稱取0.1 g樣品放入消化管中，加入5.0 g的K2SO4和8 mL濃硫酸后進行消化。消化好的樣品按凱氏定氮法[8]測定總氮含量，平行測定3次。

2 結果與分析

2.1 不同銨態氮和硝態氮濃度下微齒眼子菜總氮含量的變化

在不同銨態氮和硝態氮濃度下微齒眼子菜總氮含量的變化如圖1所示。從圖1可以看出，與對照組相比，隨著環境銨態氮和硝態氮濃度的升高，微齒眼子菜總氮含量整體呈升高趨勢，但變化不明顯。由此可見，在不同濃度的環境銨態氮和硝態氮脅迫下，微齒眼子菜的總氮含量差異不明顯。

2.2 不同銨態氮和硝態氮濃度下微齒眼子菜硝態氮含量的變化

在不同銨態氮和硝態氮濃度下微齒眼子菜硝態氮含量的變化如圖2所示。隨著環境銨態氮含量的升高，微齒眼子菜的硝態氮含量先升高后有所下降。在無硝態氮存在的環境中，植物硝態氮含量的高低在一定程度上反映了植物對硝態氮轉化能力的強弱，植物中硝態氮含量越低，則說明該植物轉化硝態氮的能力越強。由圖2可以看出，當環境中NH4Cl濃度在0～20 mg/L時，植物體內硝態氮含量較高，說明此范圍內環境銨態氮對植物轉化硝態氮的能力有一定抑制作用，但環境中銨態氮含量繼續升高時，植株對硝態氮轉化能力有一定恢復。

硝態氮為植物體可直接吸收的氮源，當植物吸收環境中的硝態氮后，其一部分會在硝酸還原酶和亞硝酸還原酶催化下轉化為銨態氮[9]，另一部分則貯存于植物體內。從圖2可以看出，當環境KNO3濃度為40 mg/L時，植物體會將吸收的硝態氮迅速轉化，所以植物體內硝態氮含量呈下降趨勢，但當環境硝態氮濃度進一步升高時，植物貯存的硝態氮量大于其轉化量，導致植物體中硝態氮含量迅速升高，但環境硝態氮濃度過高時，其會造成環境滲透壓增大，植株反而難以吸收硝態氮，由此可見，當環境中KNO3濃度為80～160 mg/L時，微齒眼子菜的硝態氮含量較高，說明此濃度范圍內微齒眼子菜對硝態氮的吸收能力較強。

2.3 不同銨態氮和硝態氮濃度下微齒眼子菜亞硝態氮含量的變化

圖3為不同銨態氮和硝態氮濃度下微齒眼子菜亞硝態氮含量變化。銨態氮為植物可直接利用制備氨基酸的氮源，而硝態氮不能被植物直接利用，亞硝態氮是植物體利用硝態氮時代謝的中間產物[10]。由圖3可以看出，在環境銨態氮脅迫下，隨著環境銨態氮濃度的升高，植物中亞硝基氮含量明顯減少；而在硝態氮脅迫下，植株中亞硝態氮含量隨環境硝態氮濃度的升高而增加，這也說明微齒眼子菜在銨態氮脅迫下會優先吸收環境中銨態氮；而在硝態氮脅迫下，由于只能利用環境中的硝態氮，造成植物體內亞硝態氮含量升高。而且從圖3中還可以看出，微齒眼子菜對環境中的銨態氮和硝態氮都有較強的吸收能力。

2.4 不同銨態氮和硝態氮濃度下微齒眼子菜銨態氮含量的變化

在不同銨態氮和硝態氮濃度下微齒眼子菜中銨態氮含量的變化如圖4。從圖4可以看出，隨著環境銨態氮濃度的升高，微齒眼子菜銨態氮含量迅速升高，當環境NH4Cl濃度為80 mg/L時，植物體銨態氮含量達到750 μg/g，是對照組銨態氮含量的7倍。由此可見，微齒眼子菜對環境銨態氮的吸收和保存能力較強。

隨著環境硝態氮濃度的升高，微齒眼子菜銨態氮含量先降低后升高，當環境KNO3含量在20～100 mg/L時，植物體內銨態氮含量比未加硝態氮脅迫的對照組還低。理論上，植物體對硝態氮能夠直接吸收，在硝酸還原酶及亞硝酸還原酶的作用下，其會轉化為銨態氮，所以硝態氮脅迫下，植物體內銨態氮含量應高于對照組，但從銨態氮的利用角度看，其會在谷氨酰胺合成酶作用下進一步轉化為蛋白質，在活的植物體內，這一系列的轉化是一個動態平衡，當植物體吸收大量硝態氮時，這一平衡會打破，促使植物體大量利用銨態氮轉化為蛋白質。結合圖3可知，在20～100 mg/L KNO3脅迫下，微齒眼子菜對硝態氮有較強的轉化能力。

3 小結與討論

微齒眼子菜在0～80 mg/L NH4Cl和0～320 mg/L KNO3環境中均能正常生長，且外觀無明顯變化。從試驗結果看，在不同濃度的銨態氮和硝態氮脅迫下，微齒眼子菜體內總氮含量均無明顯差異，但在銨態氮脅迫下，隨銨態氮濃度的升高，其體內的硝態氮含量略有升高，銨態氮含量迅速升高，而亞硝態氮含量明顯下降，這說明微齒眼子菜對銨態氮有較強的吸收能力，且其會對銨態氮優先吸收；在不同濃度的硝態氮脅迫下，微齒眼子菜體內亞硝態氮含量有所升高，銨態氮含量有所下降，而當環境KNO3濃度為0～40 mg/L時，微齒眼子菜體內硝態氮含量隨硝態氮濃度升高而降低，大于40 mg/L后，植物體內硝態氮含量較對照略有升高，這說明微齒眼子菜對硝態氮有一定的貯藏和轉化能力，適當調節環境硝態氮含量可提高微齒眼子菜對硝態氮的吸收和轉化能力。綜合考慮微齒眼子菜對環境氮素的響應可以看出，微齒眼子菜是一種較好的耐受氮、吸收和轉化氮的水體生態修復植物。

參考文獻：

[1] 王玲玲，沈 熠.水體富營養化的形成機理、危害及其防治對策探討[J].環境研究與監測，2007，20（4）：33-35.

[2] 王海珍，陳德輝，王全喜.水生植被對富營養化湖泊生態恢復的作用[J].自然雜志，2001，24（1）：33-36.

[3] 王 斌，李 偉.不同N、P濃度條件下竹葉眼子菜的生理反應[J].生態學報，2002，22（10）：1616-1620.

[4] 劉益貴，周理程，彭克儉，等.改性龍須眼子菜吸附水溶液中Cu2+的性能[J].環境科學學報，2009，29（8）：1649-1656.

[5] 李 靖，李寧云，敖新宇，等. 劍湖濕地水生植物金魚藻與茭草對環境氮素的響應[J]. 貴州農業科學，2012，40（4）：143-145.

[6] 鄒 琦.植物生理生化實驗指導[M].北京：農業出版社，1995.

[7] 閆修花，王桂珍，陳迪軍.納氏試劑比色法直接測定海水中的銨氮[J].中國環境監測，2003，19（6）：8-10.

[8] 景麗潔，袁東海，王曉棟，等.水生植物總氮測定中兩種消化方法的比較[J].環境污染與防治，2005，27（5）：392-394.

[9] 李 靖，敖新宇，李寧云，等.銨氮和硝氮脅迫下金魚藻對氮素的利用[J]. 江西農業大學學報，2012，34（2）：409-413.

[10] 包苑榆，鐘 萍，韋桂峰，等.基于15N穩定同位素技術的斜生柵藻對硝態氮和氨態氮吸收研究[J].水生態學雜志，2011，32（3）：16-19.