一种水生植物根系激活及蓝藻水华防控的方法与应用

本发明属于水环境修复，尤其涉及一种水生植物根系激活及蓝藻水华防控的方法与应用。

背景技术：

1、在全球气候变化影响下，湖泊水库的蓝藻暴发频率增加、持续时间延长、水华面积呈现扩增趋势，水华防控压力加剧。目前，蓝藻水华普遍采用物理打捞、投加化学杀藻剂等方式进行应急治理，存在成本高、易复发、水生态损伤等不足，且无法实现长效控藻和水质改善，亟需研发具有靶向性和长效性的水华防治方法。

2、发明人前期研究发现，信号分子介导的群体感应是调控蓝藻暴发式生长的内因，通过阻断群体感应可靶向抑制蓝藻生长。群体淬灭剂直接添加，阻断信号分子与受体蛋白结合，进而抑制蓝藻生长，但是由于生物消耗、水流稀释等作用，导致药剂反复投加、消耗量大。群体淬灭菌通过内酯酶、酰基转移酶、氧化还原酶等作用破坏信号分子结构，使其无法发挥信号调控作用，从而实现藻类生长的抑制。此外，群体淬灭菌能够分泌胞外活性物质，通过破坏蓝藻光合系统、生长代谢过程等，实现蓝藻的快速去除。群体淬灭菌具有潜在的蓝藻防控能力，但是水环境中的碳源等底物匮乏，群体淬灭菌在水体中无法长期稳定存活。

3、水生植物，通过吸收水体中的氮磷等营养物质，间接抑制蓝藻的生长。研究发现部分水生植物可以释放酚酸类、萜类等化感物质进行抑藻，但除藻能力有限。植物种植周期长，用于实际水体时需要经过2周以上的缓苗时间，然而藻类往往在1~2天内急剧增加，高浓度藻类、毒性代谢物，以及不利水环境条件易引发植物死亡等问题。

4、现有蓝藻防治技术通常依赖单一或末端应急治理手段，往往存在生态扰动大、效果不持久、无法从根本上改善水质等技术局限，亟需开发兼具快速除藻和长效预防的水华防治策略。

技术实现思路

1、为克服蓝藻水华防治药剂反复投加、菌剂无法长期存活、植物抑藻能力不足等问题，本发明提供了一种水生植物根系激活及蓝藻水华防控的方法，具体涉及一种利用群体淬灭与化感作用协同强化的蓝藻水华防治及水环境修复方法。本发明通过直接添加群体淬灭菌，或者激活的化感植物，两种方式进行蓝藻防控。（1）群体淬灭菌直接使用，群体淬灭菌将调节蓝藻生长的信号分子转化为淬灭剂，同时产生具有除藻功能的活性物质，实现蓝藻的高效去除。（2）采用群体淬灭菌激活水生植物，形成“植物根际-群体淬灭菌”共生系统，植物与微生物协同共生相互促进，在植物化感与群体淬灭双重作用下，释放高效除藻物质，破坏藻类光合系统及生长代谢，阻断群体感应信号转导，从而高效去除藻类水华并抑制藻细胞生长，同时削减氮磷营养盐水平，进一步降低藻类暴发风险。

2、本发明对于藻密度不超过5.0×108cells/l的重度水华及以下条件，蓝藻防控效果显著。在优选条件下，单独使用群体淬灭菌，以菌藻比0.5:1直接使用群体淬灭菌，5天除藻率可达79.2%；通过构建信号分子降解酶强化表达的群体淬灭菌菌株，除藻率可进一步提更高至86.2%~91.1%。通过群体淬灭菌激活的化感植物，在优选条件下，48 h藻密度去除率为97.6%，按照《水华程度分级与监测技术规程》（db44/t 2261-2020），由重度水华（v级）降低至轻度水华（iii级），水中总氮、总磷去除率分别为72.5%、53.6%。对于实际湖库水华蓝藻，蓝藻去除率>60%，水华等级由iii级（轻度水华）降为ii级（无明显水华），水质由《地表水环境质量标准》（gb 3838-2002）劣v类提升至准iii类。

3、所述技术方案如下：一种水生植物根系激活及蓝藻水华防控的方法，该方法包括以下步骤：

4、s1，选取功能微生物：选取具备群体感应淬灭功能的可培养微生物，得到群体淬灭菌；

5、s2，选取目标水生植物：选取释放化感物质、具备抑藻能力的化感植物；

6、s3，水生植物根系定殖激活：将化感植物的根系浸入群体淬灭菌悬液中进行培养，使群体淬灭菌在化感植物根系表面定殖，形成稳定的菌-根共生系统；

7、s4，水体蓝藻防控实施：向含有蓝藻的富营养化水体中，投加群体淬灭菌或者布设根系激活后的化感植物，进行蓝藻防控；

8、s5，效果监测评估：定期监测水体藻密度、叶绿素含量以及水体氮、磷营养盐指标，评价蓝藻抑制效果与水质净化效果。

9、在步骤s1中，群体淬灭菌为枯草芽孢杆菌

bacillus subtilis，购买自中国工业微生物菌种保藏管理中心，菌种编号cicc 10071。

10、进一步，群体淬灭菌采用lb培养基，在37°c条件下培养至1.0×1010cells/l使用。

11、在步骤s2中，化感植物采用黄菖蒲

iris pseudacorus，选用植株高35~45 cm、根系7~10 cm的植株。

12、在步骤s3中，群体淬灭菌细胞密度为1.0×1010~1.0×1011cells/l，植物根系激活时长为72 h，植物根系负载菌量为1.27×108~4.59×108cells/g。

13、在步骤s4中，将培养12h至对数期且细胞密度为1×1010cells/l~2×1010cells/l的群体淬灭菌，按照菌藻比0.1~1.2:1的比例加入水体进行除藻。

14、进一步，激活后的化感植物使用，按照1株/5l或6株/m2的比例，用于水体除藻。

15、进一步，富营养化水体中总氮、总磷浓度分别为<15 mg/l和<1 mg/l。

16、进一步，单独使用群体淬灭菌，激活后的化感植物使用，处理时长为2~10天。

17、本发明的另一目的在于提供一种所述水生植物根系激活及蓝藻水华防控的方法在水华防治及水质净化中的应用，所述水华由蓝藻引起，蓝藻密度不超过5.0×108cells/l的重度水华及以下水华程度，铜绿微囊藻microcystis aeruginosa，以及以微囊藻为主的实际湖泊含藻水。

18、结合上述的所有技术方案，本发明所具备的有益效果为：

19、本发明提出群体淬灭菌防控蓝藻水华、构建群体淬灭菌与植物共生系统，通过根系持续释放高效除藻物质、吸收氮磷营养物质，实现高效水华防治及水质净化效果。对于藻密度不超过5.0×108cells/l的重度水华及以下条件，在优选条件下，单独使用群体淬灭菌，以菌藻比0.5:1直接使用群体淬灭菌，5天除藻率可达79.2%；通过构建信号分子降解酶强化表达的群体淬灭菌菌株，除藻率可进一步提更高至86.2%~91.1%。通过群体淬灭菌激活的化感植物，在优选条件下，48 h藻密度去除率为97.6%，《水华程度分级与监测技术规程》（db44/t 2261-2020），由重度水华（v级）降低至轻度水华（iii级），水中总氮、总磷去除率分别为72.5%和53.6%。对于实际湖库水华蓝藻，蓝藻去除率>60%，水华等级由iii级（轻度水华）降为ii级（无明显水华），水质由《地表水环境质量标准》（gb 3838-2002）劣v类提升至准iii类。因此，本发明提供了一种蓝藻水华防治及水环境协同修复的方法，可在自然水体中实现高效、可持续、环境友好的蓝藻与水环境一体化生态治理目标。

20、本发明提出通过群体淬灭菌防控蓝藻水华，进一步将其用于水生植物根系激活，构建群体淬灭菌与化感植物协同共生关系。植物为微生物提供附着的载体及生长所需的碳源，微生物为植物提供生长素促进植物根系生长和营养物质吸收，同时增强其抗逆性，进而形成稳定的“植物根际-群体淬灭菌”共生系统，实现群体淬灭与植物化感协同除藻。通过植物根系产生的化感物质、群体淬灭菌分泌的群体淬灭酶、活性除藻物质，协同强化去除水中大量藻类并抑制藻细胞生长；通过植物吸收削减水中氮、磷等营养物质提升水质，进一步降低藻类暴发风险。因此，本发明通过群体淬灭菌、激活后的水生植物，可以实现高效的水华防治及水质净化效果。