西南林业大学
本科毕业（设计）论文
（2012届）
题目： 几种水生植物对污水胁迫的生理响应
教学院系 园 林 学 院 专 业 园 艺
学生姓名 张 小 勤 指导教师 林 萍（教 授）
覃晓艳（研究生）
评 阅 人 吴 荣（讲 师）
2012年5月25日
摘 要
几种水生植物对污水胁迫的生理响应
张小勤
（西南林业大学园林学院，云南，昆明，650224）
摘 要：本研究通过对5种常见水生植物的抗逆性生理指标（电导率、丙二醛、蛋白质、脯氨酸及可溶性糖）的测定，探讨植物对城市生活污水逆境胁迫的生理响应及抗污能力，可以为剑湖湿地生态环境的监测调查与修复做出正确指导，也可为城市人工湿地植物材料选择提供理论依据和数据支持。研究结果表明，在植物整个生长阶段中，各种植物之间蛋白质含量的变化和丙二醛含量的变化均无明显规律；脯氨酸含量呈现出先上升后下降的趋势；可溶性糖的含量和电导率比值呈现出先上升后下降，然后再上升的趋势。试验进行至第三个周期时，脯氨酸的含量达到最大值，最大值依次是茭草12.3μg/g、眼子菜6.9μg/g、金鱼藻5.4μg/g、水葱1.7μg/g和苦草0.8μg/g。茭草、眼子菜叶片内蛋白质含量在第三次更换污水前达到最大值，最大值依次是12.21mg/g、6.93mg/g。第三个周期时，茭草、水葱、苦草、眼子菜和金鱼藻的可溶性糖含量分别是143μg/g、121μg/g、41μg/g、32μg/g和8.5μg/g，眼子菜、水葱、茭草和苦草的电导率比值分别为0.208，0.163，0.141和0.122。这几种植物都具有抗污水胁迫能力，挺水植物中的茭草抗性能力大于水葱，沉水植物的抗性能力大小为：眼子菜>苦草>金鱼藻。茭草和眼子菜可作为水体中构成双层次群落结构的优选植物种类，对于生活污水处理方面有着广阔的应用前景。
关键词：污水；水生植物；生理响应
Physiological Responses of Some Hydrophytes to Urban Sewage
Zhang Xiaoqin
I
摘 要
(Faculty of Landscape Architecture, Southwest Forestry University,Kunming,Yunnan,
650224)
Abstract: The aim of this test was to determine the effects of urban sewage on the physiological responses and the resistance capacity of five hydrophytes and to analyze the differences in their tolerances under sewage stress. It can also provide correct guidance for
the ecological environment monitoring investigation and repairment of jian lake wetland and basis theory and data supportment for urban artificial wetland plant material selection. Five common hydrophytes: Zizania caduciflora, Potamogeton distinctus, Ceratophyllum demersum, Vallisneria natans and Softstem bulrush were
used to study their physiological indices including conductivity and the levels of malondial-dehyde, protein, proline and soluble sugar in the leaves. The results of the study show that, in the whole sewage cultivating stages, the level of the protein and malondialdehyde in the plant leaves change not consistently; the level of soluble sugar and conductivity ratio rise first, and then fall, then rise again; Proline content rises first, and then falls. In the third cycle training, the proline content reached the maximum value. The maximum numbers of them are Zizania caduciflora 12.3μg/g, Potamogeton distinctus 6.9μg/g, Ceratophyllum demersum 5.4μg/g, Softstem bulrush 1.7μg/g and Vallisneria natans 0.8μg/g. The protein contents of Zizania caduciflora and Potamogeton distinctus are 12.21mg/g and 6.93mg/g. On the third cycle, the soluble
sugar values of Zizania caduciflora, Softstem bulrush, Vallisneria natans, Potamogeton distinctus and Ceratophyllum demersum are 143μg/g,121μg/g,41μg/g,32μg/g and
8.5μg/g. The conductivity ratios of Potamogeton distinctus, Softstem bulrush ,Zizania
II
摘 要
caduciflora and Vallisneria natans are 0.208,0.163,0.141 and 0.122.The results show
that all plants have the ability of anti-sewage stress .The resistance ability of the emergent plants is significantly greater than the submerged plants. In emergent plans, the resistance capacity of Potamogeton distinctus is greater than Zizania caduciflora.The resistance capacity of submerged plants shows an order of Ceratophyllum demersum>Softstem bulrush>Vallisneria natans. Potamogeton distinctus and Ceratophyllum demersum constitute a two-tiered community structure
of preferred plant species, which have broad application prospects in life sewage treatment.
Key words: urban sewage; hydrophyte; physiological response
III
目 录
目 录
几种水生植物对污水胁迫的生理响应 ................................................................................................................................................ I Physiological Responses of Some Hydrophytes to Urban Sewage ........................................................................................................ I 1 前言 .................................................................................................................................................................................................. 1
1.1 水生植物简介........................................................................................................................................................................ 1
1.1.1 水生植物分类 ............................................................................................................................................................ 1 1.1.2 试验材料介绍 ............................................................................................................................................................ 2 1.2国内外研究现状..................................................................................................................................................................... 4
1.2.1 国外水生植物抗污水能力的研究现状 .................................................................................................................... 5 1.2.2 国内水生植物抗污水能力的研究现状 .................................................................................................................... 5 1.3 研究目的与意义 .................................................................................................................................................................. 6 2 材料与方法 ...................................................................................................................................................................................... 8
2.1 试验材料及处理 .................................................................................................................................................................. 8
2.1.1 试验材料 .................................................................................................................................................................... 8 2.1.2 试验材料处理 ............................................................................................................................................................ 8 2.2 试验仪器及药品 .................................................................................................................................................................. 8 2.2.1 试验仪器设备 ............................................................................................................................................................. 8 2.2.2 试验药品..................................................................................................................................................................... 9 2.3 试验方法 .............................................................................................................................................................................. 9
2.3.1 脯氨酸含量的测定 .................................................................................................................................................... 9 2.3.2 丙二醛含量的测定 .................................................................................................................................................... 9 2.3.3 可溶性糖含量的测定 .............................................................................................................................................. 10 2.3.4 蛋白质含量的测定 .................................................................................................................................................. 10 2.3.5 电导率的测定 .......................................................................................................................................................... 10
3 结果与分析 .................................................................................................................................................................................... 12
3.1 污水对各种植物体内脯氨酸含量的影响 ......................................................................................................................... 12 3.2 污水对各种植物体内蛋白质含量的影响 ......................................................................................................................... 13 3.3 污水对各种植物可溶性糖含量的影响 ............................................................................................................................. 14 3.4 污水对各种植物电导率和丙二醛含量的影响 ................................................................................................................. 15 4 结论与讨论 .................................................................................................................................................................................... 19
5 展望 ................................................................................................................................................................................................ 21 参考文献 ............................................................................................................................................................................................ 22 指导教师简介 .................................................................................................................................................................................... 26 致 谢 ................................................................................................................................................................................................ 27
IV
1 前言
1 前言
随着采矿、冶炼、化工、电镀、电子、制革等行业的发展，以及民用固体废弃物不合理填埋和堆放，污染物事故性排放以及大量化肥、农药的施用，使得各种污染物进入水体，加速的工业化和城镇化必将使水体污染日益恶化[1]。据有关数据统计：我国目前的年排污量大约350亿平方米，但城市的污水处理仅为15.8%，而西方发达国家如美国早在1980年就已经达到了70%。国内大约超过80%的城市直接排放未经任何处理的污水到附近的水体里，这使得水污染加剧[2]。
生活污水一般含有较多的蛋白质、糖类、脂肪等营养物质和其它有机物及其分解产物，以及氯化物、磷、钾、硫酸盐和泥沙等无机物。这些污染物质使地面水混浊，导致藻类等水生植物大量繁殖，其中有机物的氧化分解还能消耗水中溶解氧。这类污染物质如过多排入水中，将造成水中溶解氧缺乏，影响鱼类及其它生物的生长。水中溶解氧耗尽后，有机物将进行厌氧分解，产生硫化氢、氨等物质而使水发臭，水质也进一步恶化。生活污水中往往还含有病原微生物，可造成水媒传染病，如伤寒、霍乱、痢疾、脊髓灰质炎等疾病的流行。
1.1 水生植物简介
1.1.1 水生植物分类
水生植物是指生长在水中的植物，与其它植物明显不同的习性是对水分的要求和依赖远远大于其它种类的植物，因此也构成了其独特的习性。中国水生植物种类丰富，根据水生植物生长环境内水的深浅不同，以及它的形态、构造等特点，可分为四个主要生态类群[3]。
1.1.1.1 挺水植物
1
1 前言
根生于泥土中，茎叶挺出水面，绝大多数有茎、叶之分，直立挺拔，花色艳丽，花开时离开水面。主要分布在水边湿地到水深1.5米的水域，在浅水湖荡、港湾中生长最旺盛，常在浅水区布满整个水体，如水葱（Softstem bulrush）、茭草（Zizania caduciflora）、芦苇（Phragmites australis）等。
1.1.1.2 浮水植物
根生于泥土中，茎细弱不能直立，叶片滚浮于水面或略高于水面。主要分布在水深1-2米的亚沿岸带，有时亦可生长在更深水域，但生长不旺盛，如莼菜（Brasenia schreberi），荸荠（Eleocharis dulcis）等。
1.1.1.3 漂浮植物
根不生于泥中，植株漂浮于水面之上，可随水漂移，在水面的位置不易控制，以观叶为主。一般分布在静止或流动性不大的水体以及湖泊的港湾部分，如大薸（Pistia stratiotes），浮萍（Lemna minor）等。
1.1.1.4 沉水植物
整个植物沉入水中，通气组织特别发达，叶多为狭长或丝状，以观叶为主，是根生长在水底的植物类群。主要分布在水深1-2米水域，有的可达4米，最深可达6-8米，分布深度受透明度的影响极大，光照度决定沉水植物的分布下限，如：眼子菜（Potamogeton distinctus）、金鱼藻（Ceratophyllum demersum）、苦草（Vallisneria natans）等。
1.1.2 试验材料介绍
2
1 前言
1.1.2.1 水葱
水葱为莎草科（Cyperaceae），多年生宿根挺水草本植物。植株高为1-2 m，具有粗壮匍匐根状茎，茎直立；杆单生，圆柱形，表皮光滑，中有海绵状空隙组织，杆皮坚韧；基部有3-4个膜质管状叶鞘，最上面的叶鞘具有叶片，叶细线形；茎顶端有苞片一枚，为杆的延长，短于花序；花期在6月-8月，果期在7月-9月。由于其植株挺立、生长葱郁且色泽淡雅洁净，可作为水景布置中的障景或后景，具有较好的景观效果和水质净化效果。该种植物适合在华北地区的盐碱地生长，是滨海盐碱地区水生生态修复优选植物品种[4]。
1.1.2.2 茭草
茭草是禾本科（Gramineae）植物，主要生长在我国南方，尤其是太湖流域河道及沼泽中普遍生长的挺水植物。很多研究表明，茭草对污水中氮、磷具有较强的吸收和吸附作用，在对其定期收获的前提下，茭草对氮、磷具有较好的直接去除作用，同时对恢复河岸带植被群落，提高河道的生物多样性具有积极的促进作用，为植被群落提供科学依据和技术支持。
1.1.2.3 眼子菜
眼子菜俗名红线草，眼子菜科（Potamogetonaceae），多年生沉水草本，喜光，生命力极强，耐富营养及一定程度上受污染的水体，具有较强的水质净化能力和适应性，可在不同水质条件下生存，是研究逆境对沉水植物影响的好材料。
1.1.2.4 金鱼藻
金鱼藻是金鱼藻科（Ceratophyllaceae）植物，是典型的沉水植物，广布于我国南北各地。
3
1 前言
金鱼藻的退化根生于水底泥中，茎、叶全部沉没于水中，仅在开花时花露出水面[5]。金鱼藻的茎幼嫩而纤细，分枝少。叶片含有叶绿素，能进行光合作用，但表皮一般没有陆生植物防止水分蒸发的角质层。茎基本上由薄壁细胞组成，细胞间隙大，常形成很大的气室以贮藏气体，便于内部细胞进行气体交换[6]。金鱼藻可通过断裂的枝条进行无性繁殖，在冬季植物个体生长缓慢或休眠停滞，可以用作饲料植物或用作水体修复植物。
1.1.2.5 苦草
苦草为水鳖科（Hydrocharitaceae）多年生沉水草本植物，分布比较广泛，为亚洲常见种，生长快，再生能力比较强，是草食性鱼类和水禽类的重要食物，是湖泊生态系统的建群物种和重要组分[7]。由于其生态适应性广，较强的吸污能力和耐污性，常被作为富营养化水体植被恢复工程的主要选用品种。近年来，我国淡水生态系统不断退化，苦草属植物被认为是缓解水体富营养化程度和重建水生植被的良好材料[8]。
1.2国内外研究现状
水生植物是水生生态系统的重要组成部分，具有较高的生产力，是水生生态系统的主要初级生产者之一。它们具有防止基质流失、过滤水体、净化环境以及提供水生动植物、微生物的栖息地和营养源的功能，对水生生态系统的物质循环和能量传递具有十分重要的作用[9]。与此同时，水生植物还可以消耗水体中大量的氮、磷等物质，促进营养物质的沉积，降低湖水的营养物含量，还能吸收富集污染物质，固定水中的悬浮物和去除重金属，提高湖泊的污染自净能力。
由于植物修复是一种低投资、高产出、环境效益好，尤其是治理费用要比传统技术低，并且对重金属的治理成效具有永久性的方法，已被证明是一项有应用前景的水污染处理新技术，
4
1 前言
并起着越来越重要的作用。但植物修复技术是一门新兴的技术。目前，国内外针对污染水体的修复开展了一些研究，提出了一些实用技术，其中最科学有效和经济的水体修复技术就是生物修复技术，包括植物和微生物修复。利用水生植物具有净化水体的能力并兼有美化景观的作用建成具有生命活力的水生生态系统成为一种新趋势[10]。另外，应用基因工程技术培育出具有良好遗传性状、能适应不同浓度不同季节和地域、快速高效并能同时修复多种污染的植物新品种是今后植物修复的研究方向[11]。
1.2.1 国外水生植物抗污水能力的研究现状
早在50多年前，Oswald等就提出利用藻类去除污水中的氮、磷营养物以及释放氧气供好氧微生物分解代谢所需[12]，而这一技术目前正被广泛应用。Best等报道，对受美国依阿华陆军弹药厂爆炸物所污染的地表水进行水生植物和湿地植物修复的筛选与应用研究中发现，狐尾藻属（Myriophyllum）植物对处理污水中的TNT效果甚佳[13]。Aitchison等发现，水培条件下杂交杨的茎、叶可快速去除污染物1，4-二氧六环化合物，8天内平均清除量达54%污染物的量[14]。Bower等人通过控制浮萍的生物量，使有机物和金属工业废物的含量降低到最小。在室内试验中，浮萍可大幅度降低废水中的Fe和Zn，对Mn的去除效率达100％[15]。
1.2.2 国内水生植物抗污水能力的研究现状
据孙映波等研究表明，水生植物对污水的忍耐力大小因植物生活型不同而异，一般关系为，挺水植物>浮水植物>沉水植物；而吸收积累能力是沉水植物>浮水植物>挺水植物，根系发达的水生植物大于根系不发达的水生植物[16]。付春平等通过水葱去除天津泰达景观河道水体中污染物的室内试验和现场测定结果得出，实际水体中，水葱对COD（化学耗氧量）、TN（总氮）、NO3-N（硝态氮）、NH3-N（铵态氮）、TP（总磷）、PO43-P（磷酸盐）的去除率分别为21.37%、61.84%、72.35%、9.30%、49.09%、56.52%；水葱对含盐量高达5000ms/L的再生水具有
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1 前言
明显的净化效果，并且能够降低水体的pH值。因此，可通过适时收割水葱来去除水体中的污染物，达到净化水质的目的[17]。刘长娥等的研究结果表明，茭草能够适应不同生长环境，在沸石基质和水培环境中均能正常生长；不同环境条件下其生长速度和繁茂程度存在差异[18]。邢雅囡等通过试验得出，马来眼子菜对S2-具有一定的耐受性，当试验水体C(S2-)≤0.05mmol/L时，供试植物体可通过调整生理生化过程而继续生长；当C(S2-)≥0.2mmol/L时，马来眼子菜损伤严重，无法维持正常生长[19]。胡勤海等用不同浓度的钕离子处理后，测定金鱼藻在3周内不同生理指标的变化，结果表明，短期内低浓度的钕对金鱼藻的一些生理学指标各有一定的刺激促进作用，但随着处理时间的延长及处理浓度的提高，抑制作用明显加强，并破坏细胞叶绿体结构[20]。沈耀良等对沉水植物修复受污水体净化能力的研究表明，苦草对NH4+-N和TN的净化效率分别高达77.1％和72.9％，对P042+-P和TP的净化效率分别为75.3％和53.8％，同时可以明显改善水体的透明程度[21]。
1.3 研究目的与意义
由于人类的活动导致湖泊的污染日益加剧，湖泊水质污染风险也急剧增加，水体污染问题已受到广泛关注。据调查，剑湖水体满足地表水环境质量标准的Ⅲ类水体要求，且研究表明农耕区地表径流和生活污水等面源污染占剑湖陆源N、P污染负荷的88.5％和94.3％，是主要的污染源[22]。试验材料取自于云南省大理州剑湖湿地，它是云南省高原重要的湿地类型[23]。选取水葱、茭草、眼子菜、金鱼藻、苦草这五种水生植物，研究污水对它们的胁迫效应。分别对植物体内蛋白质、脯氨酸、丙二醛、可溶性糖、电导率指标进行测量。
根据抗性生理指标的变化来对水葱、茭草、眼子菜、金鱼藻、苦草的生境进行评价，可以为剑湖湿地生态环境的监测调查与修复做出正确指导。试验取材于高原湿地湖泊水域，通过本试验的研究可以分析出适应高原湿地水域并且净化污水能力较强的植物。而研究水生植物污水胁迫逆境生理生态效应，评定水生植物耐污水胁迫能力的强弱，可为城市人工湿地植物材料选
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1 前言
择提供理论依据和数据支持，也可以为湿地恢复、污水处理、园林景观美化设计、自然生态环境维持等等提供参考意见。
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2 材料与方法
2 材料与方法
2.1 试验材料及处理
2.1.1 试验材料
本试验选用剑湖地区的水葱（Softstem bulrush）、茭草（Zizania caduciflora）、眼子菜（Potamogeton distinctus）、金鱼藻（Ceratophyllum demersum）和苦草（Vallisneria natans ）5种水生植物作为试验材料。
2.1.2 试验材料处理
植物从剑湖湿地采集后，种植在人工模拟池（模拟剑湖湿地生态系统）内。经过一段时间的驯化，待植物生长稳定后，测定其初始生理指标，然后换为污水培养。污水配置取用西南林业大学生活污水。培养期间，污水中铵态氮的浓度设置为24mg/L，给予适当的光照和通风，每30天更换一次污水，并在更换污水前采取植物叶片，分别对植物叶片内蛋白质、脯氨酸、丙二醛、可溶性糖、电导率指标进行测定。
2.2 试验仪器及药品
2.2.1 试验仪器设备
仪器：DDB-303A型电导率仪、分光光度计、HH 600A数显恒温水箱、Eppendorf centrifuge5804R型冷冻离心机、电子天平、移液枪、蒸馏水机。
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2 材料与方法
用具：剪刀、研钵、试管、试管架、离心管、计时器、容量瓶、漏斗等。
2.2.2 试验药品
磺基水杨酸（SA）、三氯乙酸（TCA）、硫代巴比妥酸（TBA）、甲苯、茚三酮、冰乙酸、石英砂、蒽酮乙酸乙酯试剂、浓硫酸、磷酸缓冲液、考马斯亮蓝。
2.3 试验方法
2.3.1 脯氨酸含量的测定
脯氨酸含量采用酸性茚三酮比色法测定[24]。称取新鲜叶片0.5 g，共3份，分别置于试管中，然后向各管内分别加入3%的磺基水杨酸溶液5mL，沸水浴10min，冷却后取2mL滤液加入2mL冰醋酸和2mL酸性茚三酮试剂，再沸水浴30min，冷却后加入4mL甲苯振荡30s后静置片刻，取上清液10mL至离心管中，在3000r/min下离心5 min，以甲苯为空白对照，测定波长为520 nm下的吸光值，用标准曲线根据下式计算其脯氨酸含量。
单位鲜质量的脯氨酸含量=X×Vt／（M×Vs）
式中，X为从标准曲线查出的2 mL脯氨酸含量（μg）；Vt为提取液体积（mL）；Vs为测定时取用样品体积（mL）；M为样品质量（g）。
2.3.2 丙二醛含量的测定
取样0.5g，加5%TCA5mL，并加入少许石英砂研磨成匀浆后，将匀浆加入离心管，在
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2 材料与方法
3000r/min转速下离心10min，取上清液2mL，加入0.67%TBA2mL，混合后在100℃水浴锅上煮沸30min，冷却后再离心一次，分别测定上清液在波长为450nm、532nm和600nm下的吸光值，并按公式（C/μmol /L =6.45（A 532-A 600）-0.56A 450）计算出丙二醛浓度，再算出单位鲜量组织中丙二醛的含量（μmol/L）[25]。
2.3.3 可溶性糖含量的测定
取样品擦净表面，剪碎混匀，称取0.2g放入试管中，加5ml水，用封口膜封口，沸水浴30min。提取液过滤至25ml容量瓶中，再往试管中加入5ml水封口，继续沸水浴30min，再将提取液过滤到原来的容量瓶中，反复冲洗试管及漏斗，将容量瓶定容至25ml，并摇匀。吸取提取液0.5ml于试管中，加入1.5ml水，再加入0.5ml蒽酮乙酸乙酯试剂和5ml浓硫酸，充分振荡，立即放入沸水浴中准确保温1min，取出后冷却至常温，在620nm的波长下测吸光值（空白对照试管内依次加入2.0ml水、0.5ml蒽酮乙酸乙酯试剂和5ml浓硫酸）。由标准曲线方程求出可溶性糖的含量，按下式计算测量样品的可溶性糖含量。可溶性糖含量=（从回归方程求得糖的量/吸取样品液的体积）×提取液量×稀释倍数/（样品干重×106）×100%[25]。
2.3.4 蛋白质含量的测定
称取鲜样0.3g，用5ml磷酸缓冲液及少量石英砂于研钵中，研磨成匀浆放入离心管中。将离心管放入离心机中在3000r/min、4℃条件下离心10min。取上清液1ml于试管中，加入5ml考马斯亮蓝，充分混匀。放置2min，用分光光度计在595nm波长下测定吸光值。样品中蛋白质的含量=C×Vt /（Vs×W×1000）（mg/g），C查标准曲线值，Vt为提取液总体积，Vs测定时加样量，W样品鲜重[25]。 2.3.5 电导率的测定
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2 材料与方法
取样品擦净表面，剪碎混匀，称取0.5g 放入试管中，加10ml水，静置24后，在20-25℃恒温下用电导仪测定溶液电导率值。测完电导率后，再放入100℃沸水中水浴15min，以杀死植物组织，取出后冷却，在20-25℃恒温下测其煮沸后的电导率值。植物的电导率比值=处理电导率/煮沸电导率×100%。试比较不同处理的叶片细胞透性的变化[25]。
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3 结果与分析
3 结果与分析
3.1 污水对各种植物体内脯氨酸含量的影响
25脯氨酸含量(μg/g)20151050123时间（月）茭草眼子菜金鱼藻水葱苦草45
图1 污水对植物脯氨酸含量的影响
当植物遭受逆境胁迫时，其体内积累的脯氨酸有利于提高植物的抗胁迫能力。这些植物通过体内脯氨酸的积累，提高渗透调节能力，保持原生质与环境渗透平衡，防止水分散失，以抵御环境胁迫，保证其在环境恶劣情况下能得以生存[26]。
由图1可见，在污水培养期间，随着植物生长期的变化，这5种植物体内脯氨酸含量有明显的变化。随着植物在污水中生长时间的延长，这五种植物叶片内脯氨酸的含量呈现出先上升后下降的趋势，在培养的第三个周期时，脯氨酸的含量达到最大值。最大值依次是茭草12.3μg/g、眼子菜6.9μg/g、金鱼藻5.4μg/g、水葱1.7μg/g和苦草0.8μg/g。金鱼藻首次更换污水后，脯氨酸的含量严重下降，培养一个周期后又开始恢复正常趋势，可能是这个时期
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3 结果与分析
的病害比较严重，导致植物长势较差，抗逆能力减弱。
每个阶段之间脯氨酸含量增长值变化的大小可以反映出植物抗逆性的大小，增量越大，说明植物抗逆性越强。从初始阶段到第三个周期期间，脯氨酸的增长含量从大到小依次是茭草、眼子菜、水葱、苦草、金鱼藻。
3.2 污水对各种植物体内蛋白质含量的影响
1412蛋白质含量(mg/g)1086420123时间（月）金鱼藻45茭草眼子菜水葱苦草
图2 污水对植物蛋白质含量的影响
蛋白质具有较强的亲水胶体性质，可影响细胞的保水力。变化了的环境因子或环境胁迫都会影响细胞内的可溶性蛋白[27]。水分胁迫可以诱导一些与适应水分胁迫有关的基因表达，从而引起蛋白质合成的变化并产生水分胁迫诱导蛋白。高质量分数的可溶性蛋白可使细胞维持较低的渗透势，抵抗水分胁迫带来的伤害[28]。
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3 结果与分析
从图2可以看出，随着植物在污水中生长时间的延长，茭草、眼子菜、金鱼藻叶片内蛋白质含量先上升，后下降，在第三次更换污水前达到最大值，最大值依次是12.21mg/g、6.93mg/g和5.24mg/g。水葱的变化是先下降再上升，在第三次更换污水时达到最小值，值为1.69mg/g。苦草的变化趋势是先下降再上升然后再下降，蛋白质含量在第四次更换污水前达到最高值，值为4.63mg/g。可见，不同植物，在不同时期的抗逆性也不同。从整体来看，各个植物叶片内蛋白质含量排序为：茭草>眼子菜>金鱼藻>水葱>苦草。
蛋白质增长含量变化的程度可以反映出植物抗逆性的大小，增量越大，说明植物抗逆性越强。从初始阶段到第三个周期期间，蛋白质的增长含量从大到小依次是茭草、眼子菜、金鱼藻、水葱、苦草。
3.3 污水对各种植物可溶性糖含量的影响
200可溶性糖含量(μg/g)150100500123时间（月）茭草眼子菜金鱼藻水葱苦草45
图3 污水对植物可溶性糖含量的影响
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3 结果与分析
可溶性糖是光合产物之一，是能量的储存者和参与新陈代谢的重要底物，也是植物合成其它有机物的起始物质[29]。可溶性糖是植物体内一种重要的渗透调节物质，污水胁迫下，它能增加细胞浓度，维持细胞膨压，提高对水分的吸收能力和保水能力，植物体内的可溶性糖积累量越大，抗逆性越强[30]。
分析图3可知，随着植物在污水中生长时间的延长，各种植物的可溶性糖含量总体呈上升趋势。挺水植物的可溶性糖含量明显高于沉水植物的可溶性糖含量。挺水植物中，茭草的可溶性糖含量要高于水葱。沉水植物中，眼子菜的可溶性糖含量最高，金鱼藻的可溶性糖含量最低。第三个周期时，植物处于生长旺盛期，各种生理功能已经趋于稳定，此时茭草、水葱、苦草、眼子菜和金鱼藻的可溶性糖的含量分别是143μg/g、121μg/g、41μg/g、32μg/g和8.5μg/g。
每个阶段之间可溶性糖含量增长值变化的程度可以反映出植物抗逆性的大小，增量越大，说明植物抗逆性越强。从初始阶段到第三次更换污水前，可溶性糖的增长含量从大到小依次是茭草、水葱、苦草、金鱼藻、眼子菜。
3.4 污水对各种植物电导率和丙二醛含量的影响
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3 结果与分析
0.30.25电导率比值0.20.150.10.050123时间（月）45茭草眼子菜金鱼藻水葱苦草
图4 污水对植物电导率比值的影响
1.61.4丙二醛含量(μg/g)1.210.80.60.40.20123时间（月）45茭草眼子菜金鱼藻水葱苦草
图5 污水对植物丙二醛含量的影响
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3 结果与分析
植物在逆境环境中，细胞原生质膜中的不饱和脂肪酸会发生过氧化作用产生丙二醛，使质膜系统受到伤害，其选择透性受到破坏，细胞内电解质外渗量增加，因而丙二醛含量可反映膜脂过氧化作用的强弱[30]。电解质外渗量可表示膜伤害或变性程度。研究表明在污水胁迫下质膜透性与丙二醛含量呈正相关，丙二醛含量越高，细胞膜受伤害程度越大，细胞膜中丙二醛含量会明显增加[31]。细胞膜系统被破坏，细胞质外渗严重，电导率上升，因而可以通过测定外渗液电导率的变化来判断不同植物受伤害的程度。
从图4可以看出，随着植物在污水中生长时间的延长，各种植物的电导率比值在不断变化。挺水植物和沉水植物之间变化无明显区分。总体的趋势是先上升，在第三次更换污水前达到最高值，然后开始下降。其中前两个周期时间里，眼子菜和金鱼藻的电导率比值呈下降趋势，可能是它们生长初期适应性比较灵敏，能够迅速对污水做出反应。第四个周期时，其它植物的电导率比值趋于稳定，而茭草和水葱的比值却在上升，表明电导率比值在增大，原因可能是植物已经达到生长末期，抵抗力减弱。水生植物叶部的电导率比值在第3次更换污水前均达到最高值，由此判断，此时植物受污水的毒害最严重。此时，眼子菜、水葱、茭草和苦草的电导率比值分别为0.208，0.163，0.141和0.122，表明它们受到污水的毒害比较明显，尤其是眼子菜受毒害最为严重；金鱼藻受污水毒害比较轻，电导率比值仅为0.05。每个阶段之间电导率比值增长量变化程度的大小可以反映出植物抗逆性的大小，增量越大，说明植物抗逆性越差。从初始阶段到第三个周期期间，电导率比值的增长含量从小到大依次是眼子菜、茭草、水葱、金鱼藻、苦草。
从图5可以看出，随着这五种植物在污水中生长时间的推移，丙二醛含量变化呈现两种趋势。金鱼藻和苦草的丙二醛含量先上升后下降，在第三次更换污水前，丙二醛含量达到最高值，分别为1.42μg/g和1.39μg/g，此时植物受到的伤害最严重。茭草、眼子菜和水葱则是先下降后上升。在第三次更换污水前丙二醛含量达到最小值，分别为0.87μg/g，0.77μg/g，0.61μg/g，
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3 结果与分析
此时植物受到的伤害较轻。增长含量变化的大小可以反映出植物抗逆性的大小，增量越大，说明植物抗逆性越差。从初始阶段到第三个周期期间，丙二醛的增长含量从小到大依次是金鱼藻、眼子菜、水葱、茭草、苦草。
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4 结论与讨论
4 结论与讨论
水生植物在生理上极端依赖于水环境，因而对水质环境的胁迫极为敏感。丙二醛是膜脂氧化的最终产物之一，它能导致细胞质膜受损伤，细胞质内电解质外渗量增加。同时，逆境胁迫下植物细胞产生过量自由基，也会导致电解质外渗增加，从而使植物各部分的电导率增大[32]。因而电导率比值和丙二醛含量代表膜脂过氧化伤害程度或者膜系统遭受破坏的程度。所测的蛋白质主要是保护系统酶，当植物处于逆境条件下，这些保护酶通过协调作用能够有效地消除上述自由基，防御膜脂过氧化，维持上述自由基的产生与消除之间的平衡，使植物细胞免受伤害。同时，在逆境条件下植物体往往会大量积累脯氨酸和可溶性糖，可降低细胞渗透势，维持压力势，保持和稳定大分子物质，参与叶绿素合成，维持细胞膜正常功能[33]。
通过本次调查结果分析，得出以下结论：
(1) 在污水胁迫下，5种水生植物的生理响应存在一定的差异，这种差异与植物对污水的耐性能力密切相关。
(2) 对植物叶片内脯氨酸含量而言，茭草和眼子菜的脯氨酸积累量在每个阶段都较大，而苦草、金鱼藻和水葱的脯氨酸含量相对较小。对植物叶片内蛋白质含量而言，茭草和水葱在每次污水培养后都相对高于苦草、金鱼藻和眼子菜。对植物叶片内可溶性糖含量而言，茭草的含量最高。对植物叶片内丙二醛含量而言，眼子菜和水葱的丙二醛含量相对较低于其它植物。在植物的电导率比值方面，眼子菜的电导率比值最高，苦草和金鱼藻的电导率比值最低，水葱和茭草的电导率比值居中。
(3) 挺水植物的抗性能力明显大于沉水植物。挺水植物中的茭草抗性能力大于水葱，沉水植物的抗性能力大小为：眼子菜>苦草>金鱼藻。因而，茭草和眼子菜可作为水体中构成双层
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4 结论与讨论
次群落结构的优选植物种类，对于生活污水处理方面有着广阔的应用前景。
目前，有关水生植物对污水的抗性机理还不清楚，但本试验表明，植物对污水的适应可发生在生理水平上。5种水生植物对一定浓度污水的生理适应（如维持较高的蛋白质、可溶性糖和脯氨酸，较低的丙二醛含量）为其对污水的忍耐提供了基础，它们对污水胁迫的生理响应也将有助于揭示植物对污水胁迫的适应和耐性机理，并为湿地植物的筛选及维持植物的正常生长提供依据。尤其是本试验中，挺水植物中的茭草和沉水植物中的眼子菜适应污水环境的能力较强，生长状况良好，是一种值得推荐的湿地修复植物。
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5 展望
5 展望
本试验是一个较前沿的课题，所以在试验设计的过程中会存在一些不太严密和不太合理的的地方。比如，试验的时间跨度比较长，在此期间除了植物受污水的胁迫影响外，还会因为天气变化和季节变化，而引起生理代谢上的变化，从而影响了各个生理指标的测定；实验环节较多，导致实验误差也比较大。
在用分光光度计测吸光值时部分吸光值出现负值，并且有的指标变化比较紊乱，可能是由于试验材料未能混匀，造成重复成分不同，导致个体差异。后期，植物开始衰败，部分材料已经是处于枯萎状态，会影响试验数据及结果。由于时间仓促及本身经验的欠缺和试验条件等的限制，本次试验还存在一些不足，试验结论还需以后慢慢加以验证。希望在以后的类似试验中，对这些问题多加考虑，找出更完善的试验方案，以便得出更科学的试验结果。
水生植物的治理对湖泊生态系统有着重大影响，它不仅可以缓解水质污染，增强水质的耐受能力；还可以通过光合作用向水中提供大量氧气，供水生生物生存；同时很多水生植物还具有食用价值，如水芝、藻类等。所以水生植物的研究对人类有很大的意义和影响。我们对水生植物的研究还在进行中，将来我们会发现更多的水生植物的价值，也可以为湿地恢复、污水处理、园林景观美化设计、自然生态环境维持等等提供参考意见。
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参考文献
参考文献
[1] 刘鹏, 俞慧娜, 张晓斌, 等. 几种水生观赏植物对城市污水的生理响应[J]. 水土保持学报, 2008. 22(4): 163-167
[2] 应润兵. 关于我国污水处理现状与发展研究[J]. 科技传播, 2011, 8(16): 44-45
[3] 包满珠. 花卉学[M]. 北京: 中国农业出版社, 2003, 7(13): 294-295
[4] 刘家宜. 天津植物名录[M]. 天津: 天津教育出版社, 1995: 72-74
[5] 刁正俗. 中国水生杂草[M]. 重庆: 重庆出版社, 1990: 35-36
[6] 张卫明, 陈维培. 水生植物的奇妙生态适应[J]. 植物杂志, 1989,5(3): 37-39
[7] 顾林娣, 陈坚, 章宗涉. 切割对苦草生长的影响[J]. 植物生理学通讯, 1994, 30(2): 105-107
[8] 马剑敏, 严国安, 任南, 等. 东湖围隔中水生植被恢复及结构优化研究[J]. 应用生态学报, 1997, 8(5): 535-540
[9] 林鹏. 海洋高等植物生态学[M]. 北京: 科学出版社, 2006: 38-40
[10] 濮培民, 王国祥, 李正魁, 等. 健康水生态系统的退化及其修复理论技术与应用[J]. 湖泊科学, 2011, 13(3): 56-58
22
参考文献
[11] 夏晓方, 钟成华, 刘洁. 水生植物修复污染水体的研究进展[J]. 重庆工商大学学报, 2011, 28(4): 398-400
[12] Oswald W J. The apportionment of human diversity [J]. Evol Biol, 1973, 69(8): 381-398
[13] Bower. Biochemical indicators of pollution exposure in short hornsculpin, caught in four harlmurs on the south west coast of Icdand[J]. Aquat Toxicol, 2000, 48(5): 431-442
[14] Aitchison H J, Jensen R G. Strategies for engineering water-stress tolerance in plants[J]. Trends Biotech, 1996, 14(5): 89-95
[15] Hammouda O, GaberA, Abdel. Hameed M S. Assessment of the effectiveness of treatment of wastewater-contaminated aquatic systems with Lemnag. Enzyme and Microbial Technology, 1995, 17(4): 317-323
[16] 孙映波. 不同水生植物配置对河涌污水的净化效果[J]. 生态环境, 2011, 20(7): 1123-1126
[17] 付春平, 唐运平, 闫玉荣, 等. 水葱对高盐再生水的净化效果研究[J]. 中国给水排水, 2006, 22(5): 40-42
[18] 刘长娥, 刘福兴, 宋祥甫, 等. 茭草在不同人工湿地中的生长适应性[J]. 湖泊科学, 2012, 24(1): 75-82
23
参考文献
[19] 邢雅囡, 阮晓红. 硫化物胁迫对马来眼子菜生理生化指标的影响[J]. 水资源保护, 2010, 26(4): 46-48
[20] 胡勤海, 叶畅, 叶兆杰, 等. 钕对金鱼藻生长生理及细胞叶绿体结构的影响[J]. 浙江农业大学学报, 1997, 23(2): l75-178
[21] 沈耀良, 王美敬, 李勇, 等. 沉水植物修复受污水体净化效能[J]. 苏州科技学院学报(工程技术版), 2005, 18(4): 1-4
[22] 张宝元. 对高原湖泊剑湖的思考[J]. 环境科学导刊, 2011, 30(3): 51-56
[23] 李卫东, 刘云根, 田昆, 等. 滇西北高原剑湖茭草湿地湖滨带对农业面源 N·P污染净化效果研究[J]. 安徽农业科学, 2010, 38(32): 18294-18296
[24] 王学奎. 植物生理生化实验原理及技术[M]. 北京: 高等教育出版社, 2006: 278-280
[25] 李合生. 植物生理生化实验原理及技术[M]. 北京: 高等教育出版社, 2000: 260-261
[26] 刘曼霞, 马建祖. 6种植物在逆境胁迫下脯氨酸的累积特点研究[J]. 草业科学, 2010, 27(4): 34-37
[27] 刘晓东, 潘秀秀, 何淼. 壤干旱胁迫对二周期兰可溶性蛋白质量分数的影响[J]. 东北林业大学学报, 2011, 7(29): 55-59
[28] 李海英, 彭红春, 牛东玲, 等. 生物措施对柴达木盆地弃耕盐碱地效应分析[J]. 草地
24
参考文献
学报, 2002, 10(1): 63-69
[29] Kochian LV. Research issues in aluminium toxicity[M]. Lord: Taylor& Franci~Ltd, 1997: 69-89
[30] 罗大庆, 薛会英, 权红, 等. 干旱胁迫下砂生槐锦鸡儿的生理生化特性与抗旱性[J]. 干旱区资源与环境, 2011, 9(25): 34-37
[31] 叶云祥, 金卫挺. 玉带草, 等. 六种污水净化植物的筛选[J]. 丽水学院学报, 2011, 4(33): 35-38
[32] 舒美英, 卢伟民, 蔡建国, 等. 五种湿地植物抗旱性的初步研究[J]. 2008, 3(17): 266-268
[33] 刘鹏, 杨玉爱. 硼对大豆叶片膜脂过氧化及体内保护系统的影响[J]. 植物学报, 2000, 42(5): 461-46
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指导教师简介
指导教师简介
林萍，女，汉族，教授，硕士生导师，生于1958年4月。1978年3月-1982年1月在北京林业大学读书，1982年1月至今在西南林业大学任教。
主要从事花卉学、花卉装饰应用、插花艺术、组织培养、切花保鲜等教学及研究工作。先后担任过本科生、研究生的《花卉学》、《花卉装饰应用》、《插花艺术》、《花卉营养诊断与土壤分析》、《现代花卉发展动态专题》等课程的讲授、实验和实习。
主持及参与 “昆明市园林绿地种生物多样性研究”、“云南主要少数民族园林特色研究”、“云南高原苗木、花卉大棚自动控制系统研究”、“铁线莲优良品种与繁育技术引进”、“闭合半闭合高原退化湿地生态恢复技术实验示范”等项目，同时还进行了多种花卉的组培快繁及切花保鲜研究。
在《园艺学报》、《植物研究》、《西南大学学报》、《中国园林》等刊物上发表论文70余篇；主编及参编《观赏花卉①草本》、《云南高原湖滨常见湿地植物图鉴》、《春色满园庭院花卉》、面向21世纪课程教材——《插花艺术基础》等书籍8本。
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致 谢
致 谢
本研究及学位论文是在林萍老师、覃晓艳学姐和马佳学长的亲切关怀和悉心指导下完成的。他们严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，林老师、学姐和学长都始终给予我细心的指导和不懈的支持。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，林老师和覃晓艳学姐多次询问研究进程，为我打开写作思路，指出我写作中的不足，潜心为我寻找辅助资料，不断的鼓励我和开导我。
由衷的感谢林萍老师、覃晓艳学姐和马佳学长在试验过程中对我的帮助和指导。
感谢和我一起生活四年的室友，是你们让我们的寝室充满快乐与温馨，你们的善良、执着、果断、勤奋和理性，值得我学习。愿我们以后的人生都可以充实、多彩与快乐！
感谢我的同门，谢谢你们给予我的帮助！感谢我的朋友，感谢你们在我失意时给我鼓励，在失落时给我支持，感谢你们和我一路走来，让我在此过程中倍感温暖！
感谢我的家人，没有你们，就不会有今天的我！
一个人的成长绝不是一件孤立的事，没有别人的支持与帮助绝不可能办到。我感谢可以有这样一个空间，让我对所有给予我关心、帮助的人说声“谢谢”！今后，我会继续努力，好好工作，好好学习，好好生活！
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