湿地植物芦苇、香蒲根分泌物提取及其组分研究

湿地植物芦苇、香蒲根分泌物提取及其组分研究杨奇1唐利1，邱江平1王欣泽2李旭东1(1.上海交通大学生态毒理和环境污染与防治实验室,上海2002402. 上海交通大学环境科学与工程学院,上海 200240 )摘要利用连续收集装置对种植于人工湿地中的芦苇、香蒲根分泌物中蛋白质、总糖和氨基酸进行了提取、分离和初步鉴定并确定了最适收集条件；考察了它们各自根分泌物对湿地系统中微生物种类和数量以及氮磷去除能力的影响。

结果表明:芦苇、香蒲根分泌物中，总糖、蛋白质和氨基酸含量均较高，且较为平均；连续收集装置最适条件为：超纯水3L，收集时间5天，浓缩温度60℃，连续收集6管洗脱液，每管20ml；人工湿地对微生物的的根际效应明显，其中放线菌数量受根分泌物正相调控最为显著；根际微生物种类随湿地植物种类、外界环境的变化而变化；芦苇湿地中TN去除率为77.6%，TP去除率为33.3%；香蒲湿地中TN去除率为93.2%，TP去除率为20.0%；人工湿地中氮的去除主要与植物本身的直接吸收利用、吸附和富集作用有关；氨氮、磷的去除则主要依靠根际微生物的作用。

关键词芦苇，香蒲，根分泌物，组分，根际微生物Extraction of Root Exudates from Two Kinds of Wetland Plants:Phragmites Australis & Typha Orientalis Presl, Analysisof Their ComponentYANG Qi1, TANG Li1, Qiu Jiangping1, Wang Xinze2, LI Xudong1, (Laboratory of Ecotoxicology & Environmental Pollution and Control , Shanghai JiaotongUniversity ,Shanghai 200240 ,ChinaSchool of Environmental Science and Engineering, shanghai Jiaotong University, Shanghai1200240, China)Abstract Extraction, separation and preliminarily identification of root exudates such as proteins,polysaccharides and amino acids in Phragmites Australis，Typha orientalis Presl from constructed wetlands, usinga continuous trapping device; Meanwhile, the most suitable condition of the device, root exudates’ influencetowards the breed and quantity of rhizospheric microorganism in the wetlands system as well as the removalcapability of nitrogen& phosphonium in wetland systems were studied. The results show that PhragmitesAustralis&Typha orientalis Presl both have high contents of polysaccharides, proteins and amino acids, andfurthermore, their respective contents are balanced; The most suitable condition of the continuous trapping deviceproves to be : loads ultrapure water 3L, extracts 5d, collects 6 tubes of elutriants (20ml/tube), concentrates on℃Constructed wetlands could produce obvious rhizospheric effects on microorganism, in which quantity of 60;actinomycetes is most significantly positively affected by the root exudates; The change of rhizosphericmicroorganism’s breeds collaborates changes of plants’ sorts and external environment; The removal rate of TN inPhragmites Australis wetland is 77.6%,and of TP’s is 33.3%,while of TN in Typha orientalis Presl wetland is93.2%,and of TP’s is 20.0%; The removal rate of total nitrogen mainly concerns with direct absorption, sticking,enrichment of plants themselves in wetlands; Removal of ammonia nitrogen& total phosphonium depends on the1作者简介:杨奇(1986 - ) ,女,上海人,在读硕士研究生。

研究方向:水污染控制。

导师简介:唐利(1977 - ) ,女,人,助理研究员，研究方向:水污染控制。

本研究由国家“十一五”水体污染控制与治理重大科技专项(2009ZX07105-003)资助。

activity of rhizospheric microorganism.Key words Phragmites Australis，Typha orientalis Presl，root exudate，component，rhizospheric microorganism 引言人工湿地污水处理系统是在植物、微生物和基质的共同作用下达到污水净化目的的水处理技术。

随着我国对小城镇污水治理的日益重视，以及“十一·五”对生态修复技术、脱氮除磷要求，人工湿地已成为国内环境界关注的一个新兴领域。

人工湿地污水中的氮、磷可通过基质作用去除[1]，也可通过植物吸收去除[2]，除植物吸收作用去除氮、磷等污染物外，植物更重要的作用是通过根分泌物影响系统中微生物的特性进而影响系统的处理效果[3, 4]。

植物根分泌物种类繁多，数量各异，不仅有糖、有机酸、氨基酸等初生代谢产物，还有酮酚和胺等次生代谢产物以及一些不知名的代谢物。

植物根分泌物作用于周围环境形成根际，产生根际效应，其中分泌的糖份、醇类和酸类可为根际微生物提供足够的C和能量，使根际微生物的种类和数量及代谢活性远高于非根际土壤 [5]。

这种植物诱导的微生物群体增加的根际效应可提高根际有机污染物的降解。

另外，植物的存在使人工湿地系统中的微生物如硝化细菌、反硝化细菌、磷细菌、纤维素分解菌的数量显著增加[6]。

硝化作用和反硝化作用是人工湿地氮素去除的主要途径[7]；硝化细菌和反硝化细菌的增加无疑强化了氮素的去除效果。

不同植物根际的硝化细菌和反硝化细菌数目存在一定的差异[8]，这势必与植物的类型及其分泌物有关。

因此，研究根分泌物的特性对于从微生物的角度研究人工湿地系统内物质的变化和污染物的去除机理具有重要意义。

本文通过探讨不同植物的根分泌物差异及其对微生物的种类、数量和活性及植物吸收污染物的影响，深入研究根系分泌物在人工湿地污染物转化过程中的影响因素，从而为人工湿地的设计和运行提供经验参数和理论数据。

1．材料与方法1.1材料1.1.1根分泌物连续收集装置连续收集装置(图1) 主体为50cm高无底玻璃盒，外被铝膜；另配有橡皮塞、“T”形管、小玻璃管、玻璃柱、橡皮管和弯形玻璃管：在橡皮塞中部打一直径为7mm 的孔，外面涂一层硅酮(silicone)，以防橡皮塞中有机成分的溶出。

“T”形管的外直径为8mm。

小玻璃管的外直径为8 mm，长约为5cm。

玻璃柱上内直径(约2cm)应与橡皮塞相配。

弯形玻璃管长20cm。

1.1.2试验用植物幼苗期野生花叶芦苇、香蒲，2009.3.4采自上海市奉贤区燎原农场，于根分泌物连续收集装置中直接无菌培养。

稳定2周后收集根分泌物。

1.1.3潜流式人工湿地6个潜流式人工湿地，材料为PVC；规格:总长150cm,宽40cm,高70cm；湿地净长120cm,宽40cm,高50cm；进水口接近地面；出水口离地面60cm；装填砾石高度为离湿地上端20cm。

设计进水体积为: 0.3m3,水力停留时间为一天。

6个人工湿地分为3组,前两组作为空白对照和配水对照,分别间歇式通入净水和模拟污水（碳酸钙：硝酸钾：磷酸二氢钠=300：15：3/g）；第三组为试验组，种植芦苇、香蒲，同时通入模拟污水。

图1 根分泌物收集装置Fig. 1 Root Exudates’ Continuously Trapping Device1.2 方法1.2.1根分泌物的收集与组成成分鉴定利用离子交换树脂和溶剂萃取法在无菌条件下分离纯化芦苇、香蒲根系分泌物；用改良苯酚-硫酸显色反应测定糖的存在与含量；用考马斯亮蓝G250显色反应测定蛋白质的存在与含量；用茚三酮显色反应测定氨基酸的存在与含量。

1.2.2根际微生物种类、数量测定采用牛肉膏-蛋白胨培养基为细菌培养基；改良高氏一号培养基为放线菌培养基；孟加拉红培养基为真菌培养基。

采用平板计数方法取各人工湿地中的根际微生物进行检测，考察人工湿地中芦苇、香蒲根分泌物对微生物种类及数量的影响。

1.2.3氮、磷含量测定利用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定总氮含量；利用钼酸铵分光光度法测定总磷含量；利用碘化汞和碘化钾的碱性溶液与氨反应的原理测定氨氮含量。

考察湿地植物本身和根际微生物脱氮除磷的能力。

2．结果与讨论2.1 根分泌物连续收集装置最适条件无底玻璃瓶中加入3000ml去离子水；收集分泌物的时间为5天；收集洗涤根分泌物为6次；真空减压条件下水浴槽中恒温60℃浓缩根分泌物；2.2 芦苇、香蒲组成成分初探2.2.1糖、蛋白质、氨基酸含量芦苇根际分泌的营养物质中，总糖平均：35.29 ug/ml，蛋白质平均=48.73ug/ml，总氨基酸平均=56.24ug/ml；香蒲根际分泌的营养物质中，总糖平均：39.68ug/ml，蛋白质平均=19.08ug/ml，总氨基酸平均=54.07ug/ml。