CN101574036A - 一种采用富营养水调节草坪植物抗氧化酶的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开富营养水在调节草坪植物抗氧化酶活性方面的应用；其中所述的富营养富营养化水采用原浓度25％－75％的富营养化水；所述富营养水的TN为：9.7mg/L－13.1mg/L；TP为：0.6mg/L－0.9mg/L；pH值为：8.12－8.99；其中的抗氧化酶活性包括；超氧化物歧化酶、过氧化物歧化酶、过氧化氢酶。结果表明：经过稀释后的富营养化水灌溉，草坪植物的保护酶系统活性得到增强，可使草坪植物抵御不利生长环境的能力明显提高，为富营养化水应用于草坪建植体系提供技术支撑。

Description

一种采用富营养水调节草坪植物抗氧化酶的方法

技术领域

本发明属于环境保护技术领域，涉及城市富营养化水的治理方法。更具体的说是一种采用富营养水调节草坪植物抗氧化酶的方法。

背景技术

富营养化水体是天然水体中由于过量营养物质(主要是指氮、磷等)的排入，引起各种水生生物、植物异常繁殖和整个水体生态平衡的改变，因而造成水质恶化，产生异味，水体功能遭到破坏，进而导致水体的富营养化进程加速发展的一种污染现象。由于水体一旦进入富营养阶段就会对人们的生活环境产生很大的负面影响，最终影响经济建设和社会发展。天津市不但是一个水资源短缺十分严重的城市，同时也是一个水污染十分严重的城市：海河流域及市区其它河道汛期污染十分严重，18条以及河流中有14条超过五类水质标准，海河全年有一半以上的时间超过五类；天津作为传统的重工业城市，工业废水的排放量一直居高不下，造成了周边水质的污染；由于地表水中农药、化肥用量增大，加之水土流失，以及周边村落垃圾污物的污染，一些区域的地表水已经发展成为富营养化水体。特别是随着城市发展的不断加快，社会工业化进程不断加剧，受到富营养化污染的湖泊、河流面积也在与日俱增，因此如何治理富营养化的水体，减少其中的营养物质的含量，恢复水体的综合功能，如何合理，有效的使用富营养化水体，已成一个亟待解决的社会问题。

人们已经认识到，我国草坪业发展必须走生态环境保护与建设紧密结合的新型草坪生态产业之路，必须很好地解决当今面临的一个突出生态问题：即是坚持发展生态节水型草坪产业(多立安和赵树兰，2003)。我国是一个水资源匮乏的国家，虽然水资源总量较大，居世界第6位，但由于人口众多，人均水资源量仅为2230m³。在世界银行近年来所做连续资源统计的132个国家中居第82位，是世界平均水平的3/10，北方地区人均仅为995.4m³，属于联合国规定的严重缺水地区(张令梅，2004)。20世纪80年代以来，随着经济发展和城市化进程的加快，缺水问题尤为突出，每年影响工业产值2000多亿元，农业生产每年缺水达300亿m³，受旱面积约2万km²(周彤，2002)，造成的粮食减产为250亿至480亿kg(刘凤枝，2006)。草坪养护对水的需求量极大，草坪传统节水方式是通过抗旱品种的选育、草坪经济灌溉量、灌溉时机及灌溉方式的选择等方法(Robert，2006)；目前，草坪节水技术有了新的发展，保水剂的引进在一定程度上促进了草坪的节水能力(郑群英等，2005)，但仍然没有在实质上解决草坪节水的重大问题。针对此问题，许多研究者开始采用生活污水、工业用污水或是经过处理后的再生水对植物进行灌溉。天津纪庄子污水处理厂将处理后的污水用于园林绿化的灌溉用水，收到不错的效果(徐强，2003)，国外研究者发现，处理后的污水灌溉与地下水灌溉植物，在不减少产量的条件下，施肥量可以显著降低(Reboll et al.，2000)。处理水用于灌溉还能增加某些植物的生长(Thomas et al.，2006；周陆波等，2005)。值得注意的是，经处理厂处理后的污水，其重金属浓度虽然控制在安全范围以下，但长期灌溉会造成土壤中重金属积累(Adhikar et al.，2004)，或植物局部微量元素的缺乏(Mujeriego et al.，1996)因此，采用此方法一定要定期做好监测工作。

由于进行污水灌溉的水源大都需要污水处理厂的再处理，考虑到处理环节因素，用再生水灌溉草坪成本仍然较高，而且还会对环境及植物本身造成一些弊端，此法虽然大大缓解了对清水的需求量，但通过查阅文献不难发现，我国的污水灌溉技术应用于园林灌溉的较多，应用于绿地灌溉的较少(王昌俊等，2005)。鉴于此，本文研究了，直接利用富营养化水作为灌溉草坪植物的水源，分析草坪植物对富营养化水灌溉下的生长、生理生态的适应性响应，探究作为草坪绿地灌溉用水源的最适富营养化水及最适浓度。

植物在受到逆境胁迫时会产生活性氧类物质，为防御活性氧的伤害作用，植物体内存在着抗氧化酶防御系统，使活性氧的产生与清除维持在一个动态平衡，活性氧不会累积，对植物起保护作用(苗战霞等，2007)。超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)是组成抗氧化酶系统的重要酶，其活性的高低反应植物受逆境胁迫的程度及植物自身抵御外界胁迫的能力。因此，本实验通过对富营养化水体的背景分析，优化出姚村、外环、生活区三处富营养化程度较严重的水体，对其进行草坪植物各项生理生态指标的测定，探讨草坪植物对不同浓度富营养化水灌溉的响应机制，为富营养化水应用于草坪建植体系提供技术支撑。目的不仅仅是节水，更主要的是达到调节草坪植物抗氧化酶系统，提高草坪植物抗逆性的目的。

发明内容

本发明的目的在于提供富营养富营养化水在调节草坪植物抗氧化酶活性方面的应用。主要考察采用不同浓度不同水域的富营养化水作为草坪植物的灌溉水对草坪植物抗氧化酶的调节作用，分析草坪植物对富营养化水灌溉下的生长、生理生态的适应性响应，探究作为草坪绿地灌溉用水源的最适富营养化水及最适浓度。以期解决草坪植物栽培及管理过程中耗水量大、基质选择不当等诸多限制因素。最终达到资源节约和保护环境的目的。为实现上述目标，本发明提供了如下的技术方案：

富营养富营养化水在调节草坪植物抗氧化酶活性方面的应用；其中所述的富营养富营养化水采用原浓度25％-75％的富营养化水；所述富营养富营养化水水域的TN为：9.7mg/L-13.1mg/L；TP为：0.6mg/L-0.9mg/L；pH值为：8.12-8.99；其中的抗氧化酶活性包括；超氧化物歧化酶、过氧化物歧化酶、过氧化氢酶。

本发明所述的应用，其中采用富营养水调节草坪植物抗氧化酶的方法如下：

(1)在自然土壤中以20-40g/平方米匀播种草坪植物；

(2)播种初期用净水培养，待种子萌发后改用稀释原浓度25％-75％的富营养化水浇灌；

(3)播种后定期进行除杂，早晚各浇水一次，保持基质表面湿润，第45-60d，测定抗氧化酶指标，即可达到调节抗氧化酶特性的目的。

本发明所述采用富营养水调节草坪植物抗氧化酶的方法，其中草坪植物为黑麦草或高羊茅。

本发明采用富营养水调节草坪植物抗氧化酶的方法，其中采用稀释的25％富营养化水浇灌。

本发明采用富营养水调节草坪植物抗氧化酶的方法，其中采用稀释的50％富营养化水浇灌。

本发明采用富营养水调节草坪植物抗氧化酶的方法，其中采用稀释的75％富营养化水浇灌，高羊茅POD的活性最大。

本发明所述采用富营养水调节草坪植物抗氧化酶的方法，所述的富营养富营养化水为：天津市范围内四处不同地点水源分别为：外环线沿线水域、姚村周边水域、卫津河河水、师大主校区生活污水。其中外环沿线水域和卫津河水是市区景观河道的两处代表水域；姚村周边水域紧邻化工厂，附近有工业废水排出；师大主校区生活污水受生活垃圾污染严重。其TN为：9.7mg/L-13.1mg/L；TP为：0.6mg/L-0.9mg/L；pH值为：8.12-8.99。

植物在受到逆境胁迫时会产生活性氧类物质，为防御活性氧的伤害作用，植物体内存在着抗氧化酶防御系统，使活性氧的产生与清除维持在一个动态平衡，活性氧伤害作用不会累积，对植物起保护作用。超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)是组成抗氧化酶系统的重要酶，其活性的高低反应植物受逆境胁迫的程度及植物自身抵御外界胁迫的能力。

本发明通过对富营养化水的背景分析，优化出TN为：9.7mg/L-13.1mg/L；TP为：0.6mg/L-0.9mg/L；pH值为：8.12-8.99的富营养化程度较严重的富营养化水，对其进行草坪植物各项生理生态指标的测定，探讨草坪植物对不同浓度富营养化水灌溉的响应机制，为富营养化水应用于草坪建植体系提供参考依据。目的不仅仅是节水，更主要的是达到调节草坪植物抗氧化酶系统的目的。

本发明公开的采用富营养水调节草坪植物抗氧化酶的方法与现有技术相比，所具有的积极效果在于：

(1)本发明采用经过稀释的富营养水直接灌溉，省去了污水处理厂的再处理，从而使再生水灌溉草坪的成本大度的下降，为富营养水的再生利用提供了可靠的方法。

(2)本发明考察了不同浓度，不同水域的富营养化水作为草坪植物的灌溉水源在调节草坪植物抗氧化酶方面的可行性，试验结果表明：经过富营养化水灌溉，草坪植物的保护酶系统活性增强，抵御不利生长环境的能力增加了。从而解决了草坪植物栽培及管理过程中耗水量大、基质选择不当等诸多限制因素。为富营养化水的进一步治理，合理使用，提供了一种简洁、环保的可行性的好方法。最终达到资源节约和保护环境的目的。

具体实施方式：

为了简单和清楚的目的，下文恰当的省略了公知技术的描述，以免那些不必要的细节影响对本技术方案的描述。以下结合实例对本发明做进一步的说明。

实施例1

(1)在自然土壤中以40g/平方米匀播种草坪植物；

(2)播种初期用净水培养，待种子萌发后改用稀释原浓度75％的富营养化水浇灌；

(3)播种后定期进行除杂，早晚各浇水一次，保持基质表面湿润，第60d，测定抗氧化酶指标，富营养水水域的TN为：13.1mg/L；TP为：0.9mg/L；pH值为：8.12；其中的抗氧化酶活性包括；超氧化物歧化酶、过氧化物歧化酶、过氧化氢酶。具体见实施例2的方法。

实施例2

(1)实验材料

本实验选用我国北方常见的陆生草坪植物多年生黑麦草(Lolium perenne L.)和高羊茅(Festuca arundinacea L.)。本实验的灌溉用实验水分别为：外环线沿线水域、姚村周边水域、师大主校区生活污水。三处水域TN分别为：9.7mg/L、12.3mg/L、13.1mg/L；TP分别为：0.6mg/L、0.9mg/L、0.8mg/L；pH值分别为：8.12、8.99、8.67。参照“国家地表水环境质量标准”(GB3838-2002)，本实验所用水均超出地表V类水标准，达到富营养化水平。对照选用自来水，其TN为：0.16mg/L；TP为：0.01mg/L；pH值为：6.89。

(2)研制方法

将三处富营养化水分别用自来水稀释到原浓度的25％、50％、75％三个处理。以自来水(0％)为对照。将自然风干后的园土装在一次性塑料杯中，每杯约200g，200粒高羊茅种子均匀播种其上。播种初期用净水培养，待种子萌发后改用不同浓度处理的富营养化水浇灌，3次重复。本实验在天津师范大学生态实验室内进行，将一次性塑料杯放置于培养台上，实验期间室内温度为20～25℃，相对湿度为40％～65％，光照为投入室内的自然光，平均光量子密度约为600～800μmol·m-²·s-¹。播种后定期进行同样的除杂(定期手工去除杂草)和浇水(早晚各浇水一次，保持基质表面湿润)，根据试验目的和内容定期观测并记录数据。试验周期为45d，第45d开始测定各项指标：超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物歧化酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性。

(3)指标测定

1)保护酶含量的测定

粗酶液提取：准确称取0.5g样叶，用磷酸缓冲液(PBS，pH7.8)冰浴研磨提取，定容于10ml离心管中，10000r·min-1EPPENDOFF离心机离心20min，上清液为粗酶提取液。

POD活性测定：采用愈创木酚法(张志良和瞿伟菁，2003)，取3ml反应混和液于比色皿中，对照以pH＝7.8磷酸缓冲液代替，向比色皿中加0.1mL粗酶提取液，立即开启秒表计时，于470nm下测量吸光值，每分钟读1次数，共读3次。以每分钟ΔA470变化0.01为一个过氧化物酶活性单位。反应混和液成分为50mL pH＝6.0的磷酸缓冲液加28μL愈创木酚和19μL过氧化氢。

2)SOD活性测定：

采用NBT法(Sundar et al.，2004)。3ml反应混和液包括：pH＝7.8的磷酸缓冲液，0.1mMEDTA，13mM蛋氨酸，75μMNBT，2μM核黄素和0.1mL得酶提取液，不加酶液的为对照。在人工气候箱中照射15min，不加酶液和无光照得作为空白对照。然后迅速在560nm下测定吸光值。以抑制NBT光化还原的50％为一个酶活性单位。

3)CAT活性测定：

采用紫外分光光度法(Drazkiewicz et al.，2004)。于试管中加入1.5mlpH＝7.8磷酸缓冲液、1ml蒸馏水、0.2ml酶提取液，对照用缓冲液代替酶液。然后在测定管中加0.3ml浓度为0.1mol·L-1过氧化氢，同时立即计时，迅速在240nm下测量吸光值，每分钟读1次数。以每分钟ΔA240变化0.1为一个过氧化氢酶活性单位。

(4)结果与分析

1)富营养化水灌溉对黑麦草保护酶活性的影响：

取自不同水域的富营养化水稀释为原浓度的25％、50％、75％后，分别灌溉草坪植物黑麦草，对其SOD、POD、CAT活性的影响见表1。三处富营养化水各个浓度处理下，POD的活性与对照相比差异不显著(P＞0.05)，且都呈现出随着富营养化水稀释浓度的升高POD活性增大的趋势，但POD活性值始终小于对照，POD活性的最小值均出现在稀释为原浓度的25％时，姚村、外环、生活区富营养化水在该浓度的POD活性分别为对照的86％、88％、91％。

三处不同水域富营养化水经过稀释处理后灌溉黑麦草，能明显的促进其SOD的活性，各浓度处理下黑麦草SOD活性均高于对照，且达到显著水平(P＜0.05)。黑麦草SOD活性均呈现出随富营养化水稀释浓度的升高而增大的趋势，最大值均出现在稀释为原浓度的75％时，姚村、外环、生活区富营养化水在该浓度下灌溉黑麦草使其SOD的活性分别为对照的210.3％、229.4％、194.3％。姚村富营养化水灌溉黑麦草，在不同浓度梯度之间使SOD的活性也达到了显著差异水平。生活区富营养化水各浓度梯度之间对黑麦草SOD活性的影响差异不显著。

姚村、外环、生活区三处水域富营养化水稀释为不同浓度后灌溉黑麦草，对其CAT活性的影响不明显，与对照相比未达到显著差异水平。三处水域的不同浓度处理之间对CAT活性的影响差异也不显著，且黑麦草CAT的活性都小于对照。随着三处富营养化水稀释浓度的升高CAT活性也呈现逐渐增高的趋势，CAT活性的最小值均出现在稀释为原浓度的25％时，分别为对照的73.6％、70.1％、67.4％。

表1 富营养化水灌溉对黑麦草保护酶活性的影响

2)富营养化水灌溉对高羊茅保护酶活性的影响：

取自不同水域的富营养化水稀释为原浓度的25％、50％、75％后，分别灌溉草坪植物高羊茅，对其SOD、POD、CAT活性的影响见表2。随着富营养化水稀释浓度的升高，高羊茅在三处水的灌溉下，其POD的活性也逐渐增大。姚村、生活区富营养化水灌溉高羊茅对其POD活性的影响与对照相比差异不显著，不同稀释浓度之间差异也不显著(P＞0.05)，其中生活区水各浓度灌溉下，都使高羊茅POD的活性大于对照。外环水三个浓度灌溉高羊茅，都使高羊茅POD的活性大于对照，且达到显著差异水平，稀释为原浓度的75％时，POD的活性最大，为对照的126％。

三处水体富营养化水的不同浓度对高羊茅SOD活性的影响与对照相比差异不显著。姚村富营养化水各浓度灌溉下使高羊茅SOD活性高于对照，外环富营养化水各浓度灌溉下使高羊茅SOD活性小与对照，各水域对高羊茅SOD活性的影响均呈现出随着富营养化水稀释浓度的升高，SOD活性也增大的趋势，原浓度的75％时，各水域灌溉下高羊茅SOD活性的最大值分别为对照的112.7％、95.3％、107.9％。

三处富营养化水稀释为不同浓度后灌溉高羊茅，使高羊茅CAT的活性均呈现出随着稀释浓度的升高CAT活性增大的趋势。生活区水各个浓度对高羊茅CAT活性的影响与对照相比未达到显著差异水平，CAT活性的最大值为对照的139.7％；外环水稀释为原浓度的75％时，使高羊茅CAT的活性显著高于对照，为对照的130.7％；大于原浓度50％的姚村水灌溉高羊茅，使其CAT的活性显著高于对照，分别为对照的109.3％、111.2％。

表2 富营养化水灌溉对高羊茅保护酶活性的影响

大量研究表明，逆境会影响植物的酶促系统，其中POD、SOD、CAT是保护酶系统的主要酶，植物的抗性及对环境的适应与其保护酶含量密切相关。由于植物受到逆境胁迫时可诱发植物组织细胞内产生过量的H2O2等活性氧，此时SOD、CAT、POD三种保护酶可以起到清除活性氧的重要作用，其中SOD活性的大小能反映植物清除活性氧的总体能力，CAT、POD能分解H2O2，它们的活性变化反映细胞内活性氧与其清除系统之间的平衡状态，三者共同组成植物体内一个有效的活性氧清除系统，它们活性协调一致，维护膜系统的稳定性。将三处富营养化水稀释后灌溉草坪植物黑麦草，结果发现，不同水域的富营养化水使黑麦草体内三种保护酶都呈现出随着稀释浓度的升高保护酶活性增加的趋势。各个浓度处理下黑麦草体内POD、CAT活性均小于对照值，但都未与对照形成显著性差异。三处水域的不同浓度处理下，都使黑麦草SOD活性明显增加，且与对照相比均达到显著性差异水平，这说明，富营养化水灌溉黑麦草后，其活性氧的清除能力明显提高，抗逆性增加。有研究证明，氮水平的提高可提高植物保护酶系统的活性，增强植物抵御逆境的能力。三处富营养化水中氮素营养丰富，可能是草坪植物保护酶活性提高的原因之一，同时，随着富营养化水稀释浓度的升高，氮素浓度也逐渐增高，因此，三种保护酶含量表现出逐渐增加的趋势。

不同水域的富营养化水使高羊茅体内三种保护酶也呈现出随着稀释浓度的升高保护酶活性增加的趋势。外环富营养化水灌溉后，高羊茅体内POD活性显著高于对照；姚村水当稀释浓度高于50％时CAT活性显著高于对照；其他水的各浓度处理对高羊茅三种保护酶活性的影响均未与对照形成显著性差异。单从数值上分析，高羊茅POD、CAT活性值都略高于对照，虽然在统计分析上未达到显著性差异水平(P＞0.05)，但也可以说明，经过富营养化水灌溉，高羊茅的保护酶系统活性增强，抵御不利生长环境的能力增加了。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (3)

1、富营养水在调节草坪植物抗氧化酶活性方面的应用；其中所述的富营养水采用原浓度25％-75％的富营养化水；所述富营养水的TN为：9.7mg/L-13.1mg/L；TP为：0.6mg/L-0.9mg/L；pH值为：8.12-8.99；其中的抗氧化酶活性包括；超氧化物歧化酶、过氧化物歧化酶、过氧化氢酶。

2、如权利要求1所述的应用，其中采用富营养水调节草坪植物抗氧化酶的方法如下：

(1)在自然土壤中以20-40g/平方米匀播种草坪植物；

(2)播种初期用净水培养，种子萌发后改用稀释原浓度25％-75％的富营养化水浇灌；

(3)浇灌方法为，早晚各浇水一次，保持基质表面湿润；

(4)第45-60d，测定抗氧化酶指标，即达到调节抗氧化酶特性的目的。

3、如权利要求1所述的应用，其中草坪植物为黑麦草或高羊茅。