污水环境下环棱螺生存现状研究

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本文作者：王磊1石磊2何连帅2王陈路2唐建清3作者单位：1.江苏省林业科学研究院2.南京大学生命科学学院3.江苏省淡水水产研究所

大型水生植物是大多数湖泊沿岸带和浅水河流中重要的初级生产者，在湿地中也处于优势地位。水生植被修复与重建是国内外湖泊富营养化的常用措施之一。王国祥等的研究表明不同类型的水生高等植物及其根际微生物组成的人工复合生态系统对富营养化的太湖污水有明显的净化效果［1］。此外，大型植物能为底栖动物提供生存所需的氧气和牧食场所。环棱螺是常见的大型底栖软体动物，广泛分布于我国各大淡水水体，并且与水生植物关系密切。白秀玲等的研究表明，加入环棱螺能促进伊乐藻和轮叶褐藻的生长［2］。刘保元等在东湖水生植被的修复过程中发现，在极富营养化的湖水中，水生植被的恢复能提高软体动物的多样性［3］。环棱螺的生存状态不仅受水生植物的影响，其体内SOD活性和MDA含量还是评价水体的污染状况的指标之一［4－6］。而在污水中不同水生植物对环棱螺生存状况的影响在国内还未见报道。因此该试验旨在研究在人工模拟的微型生态系统中，不同水生植被下的污水中环棱螺的生存状况。

1材料与方法

1．1材料

1．1．1试验材料。太湖环棱螺采自江苏省太湖水域。灌木柳、水芹菜、水花生均取自江苏省林业科学研究院;金鱼藻取自江苏省南京市中山植物园;芜萍取自培养池。

1．1．2仪器和试剂。试验所用仪器主要有:岛津UV-2201紫外可见分光光度计;数显恒温水浴锅HH-4(金坛市杰瑞尔电器有限公司);5800离心机。SOD、MDA、蛋白测定试剂盒由南京建成生物工程研究所提供;其他试剂均为国产，规格为分析纯。

1．2方法

1．2．1试验处理。在实验室内安置规格为(70cm×50cm×50cm)的培养箱30个，每个水箱底部依次铺入碎砂5cm，泥土10cm，加水至距水箱上沿10cm处，静置。试验分为6个处理组，分别栽种水芹菜、灌木柳、水花生、金鱼藻、芜萍和无植物对照组，每组5个重复，室温0～4℃。依据《GB3838－2002地表水环境质量标准》配制IV类水，其成分配比为:磷酸盐(KH2PO4)1．32mg/L，硝酸盐(KNO3)3．885mg/L，氨氮(NH4Cl)0．23mg/L，铜盐(CuCl2)2．11mg/L，锌盐(ZnCl2)4．18mg/L，氟化铵(NH4F)2．92mg/L。每个培养箱中放入50个环棱螺(体重为2．5～3．5g)，每个对照培养箱取3只环棱螺测定生理指标作为初始值，之后每5天取样一次并记录存活率，测定环棱螺细胞SOD活性和MDA含量，共检测25d。

1．2．2酶活性测定。从每个水箱中随机取2只环棱螺，取其腹足肌肉组织，按质量体积比1∶10加入pH7．2的磷酸盐缓冲液4℃下研磨匀浆，12000r/min离心10min，取上清测其SOD、MDA活性。

1．2．3数据处理。采用独立样本T检验方法分析各组环棱螺的最终存活率、SOD和MDA的差异性。

2结果与分析

2．1不同植被类型下环棱螺的最终存活率及存活率之间的差异比较

由图1可知，不同植被类型下环棱螺的存活率从高到低依次是:水花生＞水芹菜＞金鱼藻＞灌木柳＞对照组＞芜萍组，其中芜萍组中环棱螺的存活率显著低于对照组，水花生组的环棱螺存活率显著高于其他组。

2．2不同植被类型下各时间段螺体SOD活性

如表1所示，6种不同植物生境下，环棱螺肌肉组织SOD活性均为先降后升的趋势。第5天时，金鱼藻组SOD活性显著低于对照组、水花生组和芜萍组，芜萍组显著高于灌木柳组和水芹菜组。第10天时，芜萍组和水芹菜组均显著高于灌木柳组和水花生组。第15天时，对照组显著高于灌木柳、水花生组，灌木柳组显著高于金鱼藻组;芜萍组显著高于水花生组、灌木柳组和水芹菜组，水花生组显著高于金鱼藻组，水芹菜组显著高于灌木柳组和金鱼藻组。第20天时，水芹菜组显著高于对照组;对照组和灌木柳组均显著高于水花生组、金鱼藻组和芜萍组。第25天时，各组之间无显著差异。如图2所示，灌木柳组和水花生组SOD活性始终低于对照组，而芜萍组除第4次检测外均高于对照组;金鱼藻组和水芹菜组波动较为频繁，与对照组的差异比较复杂。

2．3不同植被类型下各时间段螺体MDA活性

由表2可知，6种生境下环棱螺肌肉组织MDA含量的变化趋势有所差异，芜萍、灌木柳和对照组相比，为先升后降，而水芹菜组波动比较频繁，金鱼藻和水花生组无明显变化趋势。在第5天时，芜萍组MDA含量显著高于灌木柳组、对照组和水芹菜组;灌木柳组、对照组和水芹菜组均显著高于水花生组和金鱼藻组。第10天时，芜萍组和灌木柳组均显著高于对照组、水花生组、水芹菜组和金鱼藻组。第15天时，芜萍和水芹菜组均显著高于金鱼藻组。第20天时，对照组、灌木柳组、水花生组和金鱼藻均显著高于水芹菜组。第25天时，芜萍组和灌木柳组均显著高于金鱼藻组。在各试验组与对照组的差异方面，灌木柳组和芜萍组在第5天和第10天时均高于对照组，而水芹菜和水花生则明显低于对照组，之后各组MDA含量趋于一致(图3)。

3结论与讨论

从存活率指标看，各组环棱螺存活率排序为:水花生组＞水芹菜组＞金鱼藻组＞灌木柳组＞对照组＞芜萍组，可能与各组中不同的植物对污水的净化能力有关［7］。环棱螺在芜萍生态系统下存活率最低，在水花生生态系统中存活率最高，可能因为芜萍是漂浮植物，密集覆盖在水层表面，阻碍了水体内部与外界的气体交换，使环棱螺缺氧窒息，存活率下降，另外，死亡的芜萍沉入水底，进一步增加了底泥和水体的还原性，恶化水质［8］。而水花生虽然漂浮在水表面，但其根系发达并延伸到水下，为环棱螺提供了氧气和附着条件，同时，水花生上的附着生物为环棱螺提供了食物。

超氧化物歧化酶(SOD)是生物体内的一种保护酶，能将氧自由基歧化为H2O2和O2［9］。该试验中，各生境下环棱螺肌肉组织SOD活性均先降后升，且在第10天时达到低谷。刘缠民等在研究大运河的梨形环棱螺时发现，在污染的短期胁迫中环棱螺的SOD活性为先应激性升高(10d时)，之后表现为适应性的下降，与该试验结果存在差异［4］，可能是因为污染类型和试验植被不同所致。另外，不同类型的水生植物对富营养化水体中的营养物质的吸收速率差异也可能是影响因素之一［10－11］。而兰策介等通过模拟试验研究了金鱼藻、梨形环棱螺及其组合对富营养水体的净化效果，发现在二者共同存在时，水体的氨氮含量为先降后升，且在第10天左右达到低谷，与该试验中SOD活性趋势非常相似［12］。作为检测重金属污染的生物标志物，环棱螺体内SOD活性究竟与模拟的富营养化湿地水体中的氨氮含量有无显著的相关性还有待进一步研究［13］。

丙二醛(MDA)是不饱和脂肪酸被氧自由基攻击的产物，能与蛋白质交联，引起细胞损伤［14］。在该试验中，芜萍组环棱螺对污水的应激比较强烈，其次为灌木柳组，而金鱼藻组和水花生组最弱，可能是因为金鱼藻和水花生的生长速度快，对水中的营养物质吸收速率高，从而快速解除水体中的N、P对环棱螺的胁迫［15］。在第15天之后，各组MDA含量趋于一致并与初始值接近，可能是因为富营养化的污水被植物和底部淤泥净化后已不能对环棱螺构成胁迫所致。而芜萍组应激最为强烈，可能是由于芜萍的遮蔽，导致了下面水体的溶氧较少，另外，死亡的芜萍沉降后的腐烂分解也是原因之一［16］。

从与对照组的差异来看，与对照组有明显差异的芜萍组、灌木柳组和水花生组均表现出了短期污水胁迫的特点。芜萍组SOD活性在前3次取样均明显高于对照组，之后与对照组差异变小;相反，灌木柳组和水花生组在第2、3、4次取样中均明显低于对照组，之后与对照组趋于一致。芜萍组MDA含量与SOD活性变化基本相同;而水花生组在第2次取样时MDA含量明显低于对照组，之后与对照组趋于一致;灌木柳组MDA含量则一直高于对照组。金鱼藻组和水芹菜组呈无规律变化。

总体来说，从环棱螺的存活率来看，水花生与环棱螺的组合能最有效的抵御富营养化污水的冲击，能给环棱螺相对稳定的生存环境，而芜萍与环棱螺的组合的效果最差。从环棱螺的生理指标来看，漂浮植物芜萍对污水的应激比较大，但吸收较慢，表现为环棱螺的SOD活性和MDA含量均偏高;木本挺水植物灌木柳对污水的应激反应较小，净化污水的能力也相对较弱，表现为环棱螺的SOD活性低，而MDA含量高;草本的漂浮植物水花生对污水的应激反应小，但能快速净化污水，所以表现为环棱螺的SOD活性和MDA含量均比较低。该试验中，不同类型的植物表现出了不同的去污效果，在实际应用中要具体问题具体分析，合理的搭配植物种类，才能最大限度的净化污水，改良水生动物的生存环境［17］。另外，值得注意的是，水花生虽然表现出了良好的净化能力，但在应用中还应注意其引起的生态伦理问题，要从长远利益出发，不能顾此失彼，危机生态安全［18］。