一种采用纳米气泡促进湿地植物生长的方法技术

本申请提供了一种采用纳米气泡促进湿地植物生长的方法，所述纳米泡浓度为1～4×10

【技术实现步骤摘要】
一种采用纳米气泡促进湿地植物生长的方法
本专利技术涉及水生植物生长
，尤其是一种采用纳米气泡促进湿地植物生长的方法。
技术介绍
作为水生生态系统的重要组成部分，水生植被提供多种重要的生态服务，包括改善水透明度、稳定沉积物、为水生动物提供食物和栖息地。然而，人为活动引起的过量营养物质的排放，导致自然水体富营养化。这种富营养化会导致赤潮及有害藻华，并引发从清晰的大型植物主导状态向浑浊的藻类主导状态的转变，以及导致城市水体黑臭问题。全球定量评估表明，全球范围内水生植被的损失正在加速，从面积或覆盖面积的13.5％/年(1900-1980年)到21.8％/年(1980-2000年)和33.6％/年(2000年后)。水生植被的丧失导致水生生物栖息地的退化，并可能导致生态系统服务功能的减少，这也对水质、经济发展(如渔业)和人类健康构成严重威胁。去除(赤潮/有害藻华)HABs和控制外部和内部营养负荷可以重新创造自然水域的清水状态，这将为水生植被的恢复提供一个机会。纳米气泡技术代表了一种新的、可持续的方法，并且在富营养化的现场控制方面的研究和部署日益增加。纳米气泡的定义是直径小于1000nm，与普通气泡相比具有寿命长、浮力小等特殊特性的气泡，可以显著增加氧气/空气向周围水体的传递速率。纳米气泡的自然崩溃产生活性氧(ROS)，包括羟基自由基(·OH)、超氧化物自由基(·O2-)和单线态氧(1O2)。纳米气泡的后一特性已被直接用于去除耗氧降解污染物，如有机污染物(BOD)和污水中的氨氮。此前的研究也表明，纳米气泡可以改善对有害藻类细胞的分解和微囊藻毒素的降解，亚洲、美国和欧洲的公司越来越多地参与使用纳米气泡技术缓解HAB的项目。除了大量纳米气泡的使用之外，2018年还开发了一种涉及界面纳米气泡的新改进技术，使用含氧的天然矿物将氧纳米气泡输送到沉积物表面。该方法成功地逆转了沉积物缺氧，减少了沉积物中氮和磷的通量达四个多月之久。然而，体积纳米泡和界面纳米泡处理主要集中在水修复的第一步，即污染物去除和缺氧修复。随着水质的改善，纳米气泡对水生植被生长和稳定的后期过程的潜在影响尚不清楚。与陆生植物不同，水生植物，特别是在完全淹没水中时，更有可能面临缺氧的问题。细胞呼吸所需氧气供应的减少可能会限制能量生产，并对植物生长产生负面影响。纳米气泡具有优越的氧气/空气传递效率，有望帮助水生植物克服这种氧气短缺；事实上，它们已被用于改善植物种子萌发、生物量生长(如生菜和菠菜)和作物产量(如番茄)。此外，有报道称，水中的纳米气泡可以刺激植物内部内源性ROS生成。植物需要适当的ROS水平以激活植物的增殖途径，因此可以认为它们可以促进植物生长。然而，纳米气泡技术应用于水恢复时，其适宜的操作时间和纳米气泡浓度等参数并没有得到准确的确定。这一点很重要，因为过量的氧和ROS水平可能会导致氧化损伤，从而压倒植物的氧化应激反应，并对其代谢产生负面影响。事实上，间歇的微/纳米气泡通气已被证明会对根尖细胞造成氧化损伤，从而抑制菠菜植株的生长。Liuetal.(2016a)也报道了水中高水平纳米气泡产生的外源羟基自由基降低了胡萝卜和菠菜的下胚轴伸长和叶绿素形成。此外，在申请人之前的研究中，申请人发现，即使溶解氧(DO)水平相似，在微/纳米气泡曝气的水中，沉水植物皇冠草获得的生物量也比大气泡曝气的植物少25％。大多数浅水湖泊和湿地的植被主要由挺水水生植物组成，它们可能对纳米气泡有更高的耐受性，因为大多数植物生物量都在水面以上，但这一点从未被详细研究过。因此，定量研究纳米气泡对出水和沉水水生植物生长的影响，对于纳米气泡技术在水体修复中的应用具有重要的指导意义。申请人特别感兴趣的是了解植物在激素产生和基因表达方面对纳米气泡处理的生理反应。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述问题，本申请提供了一种采用纳米气泡促进湿地植物生长的方法。本专利技术专利公开了纳米气泡可以增强植物的氧气输送，适当的纳米气泡水平可以促进植物的生长，过量的纳米气泡会抑制植物的生长和光合作用。本专利技术的技术方案如下：一种采用纳米气泡促进湿地植物生长的方法，所述纳米泡浓度为1～4×107个/mL。进一步的，所述湿地植物包括黄菖蒲和皇冠草。优选的，对于促进黄菖蒲生长，所述纳米泡浓度不大于3.45×107个/mL。优选的，对于促进皇冠草生长，所述纳米泡浓度不大于1.23×107个/mL。更优选的，对于促进黄菖蒲生长，水中的溶解氧浓度为7.52±0.65abmg/l。更优选的，对于促进皇冠草生长，水中的溶解氧浓度为7.08±0.27amg/l。优选的，产生纳米气泡的方法包括加压法和气旋剪切法。本专利技术有益的技术效果在于：本申请提供的对黄菖蒲和皇冠草从促进生长到抑制生长的纳米泡浓度阈值分别为3.45×107和1.23×107个/mL。在该阈值以下，纳米气泡浓度的增加增强植物有氧呼吸和活性氧世代，使植物生长得更好。在这个阈值以上，高浓度的纳米气泡会引起高氧胁迫，特别是在沉水植物中，导致抗氧化系统的崩溃和植物生理活性的抑制。与氧化还原电位和氧化应激反应有关的基因表达以及相关激素的产生也发生了改变。附图说明图1为实施例中，纳米气泡在L-NB(a)、M-NB(b)、H-NB(c)和S-NB(d)组中的大小分布；L-NB、M-NB、H-MB、S-NB分别代表低、中、高、超高纳米气泡浓度组。图2为实验结束时，黄菖蒲(a)和皇冠草(c)的生物量生长率、黄菖蒲的平均根长(b)和皇冠草(c)的叶绿素含量；MAB、L-NB、M-NB、H-MB、S-NB分别代表大气泡曝气、低、中、高和超高纳米气泡浓度组；不同的字母与同一植物的其它类群相比有显著性差异(p<0.05)。图3(a)为黄菖蒲和根中超氧自由基浓度、(b)为总抗氧化能力(T-AOC)、(c)为实验结束时皇冠草叶片超氧化物自由基浓度、(d)为T-AOC；MAB、L-NB、M-NB、H-MB、S-NB分别代表大气泡曝气、低、中、高、超高纳米气泡浓度组。不同字母表示差异显著(p<0.05)与同株其他组比较。图4(a)为H-NB组(DO＝7.52±0.65mg/L)与MAB组(DO＝7.49±0.56mg/L)的黄菖蒲基因表达变化、(b)为差异表达基因显著富集基因本体论(GO)分类(p<0.05)。图5(a)为H-NB组(DO＝7.52±0.65mg/L)与MAB组(DO＝7.49±0.56mg/L)皇冠草基因表达变化、(b)为差异表达基因显著富集基因本体论(GO)分类(p<0.05)。图6为实施例中主成分分析(PCA)对不同类群黄菖蒲(a)和皇冠草(b)形态学和生理反应结果。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术进行具体描述。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采用纳米气泡促进湿地植物生长的方法，其特征在于，所述纳米泡浓度为1～4×10

【技术特征摘要】
1.一种采用纳米气泡促进湿地植物生长的方法，其特征在于，所述纳米泡浓度为1～4×107个/mL。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述湿地植物包括黄菖蒲和皇冠草。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对于促进黄菖蒲生长，所述纳米泡浓度不大于3.45×107个/mL。


4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对于促进皇冠草生长，所述纳米泡...

【专利技术属性】
技术研发人员：李攀，楼逸铭，王硕，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31