臭氧氧化豬場處理尾水對苦草（Vallisneria spiralis）抗氧化系統(tǒng)的影響

王俊力，陳桂發(fā)，劉福興，宋祥甫，鄒國燕

（上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，上海 201403）

臭氧氧化豬場處理尾水對苦草（Vallisneria spiralis）抗氧化系統(tǒng)的影響

王俊力，陳桂發(fā)，劉福興*，宋祥甫，鄒國燕

（上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，上海 201403）

為了探索臭氧氧化技術(shù)應(yīng)用于畜禽養(yǎng)殖廢水排放前的預(yù)處理對環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的影響，用不同濃度臭氧氧化處理經(jīng)生化工藝處理后的豬場尾水，以苦草為試驗(yàn)材料，從活性氧代謝和抗氧化系統(tǒng)的角度，探討了沉水植物在臭氧氧化豬場處理尾水中的適應(yīng)性以及臭氧氧化技術(shù)的應(yīng)用對水生植物的影響。結(jié)果表明：與未經(jīng)臭氧氧化處理相比，臭氧氧化后（AO1 10 mg·L-1、AO2 30 mg·L-1、AO3 50 mg·L-1）豬場處理尾水中苦草的過氧化氫（H2O2）含量有升高趨勢；AO2處理中苦草的抗壞血酸（AsA）-谷胱甘肽（GSH）循環(huán)對H2O2調(diào)節(jié)起重要作用，苦草的抗壞血酸過氧化物酶（APX）活性、AsA和GSH含量增加，從而使生物量增加；AO3處理中苦草AsA含量降低，H2O2與抗氧化物質(zhì)之間沒有達(dá)到平衡，從而使生物量降低。結(jié)果顯示，試驗(yàn)條件下，30 mg·L-1的臭氧氧化應(yīng)用于豬場處理尾水，能增強(qiáng)沉水植物的抗氧化系統(tǒng)，促進(jìn)生長，從而對水生生態(tài)系統(tǒng)有調(diào)節(jié)作用。

臭氧氧化；豬場尾水；沉水植物；苦草；抗氧化系統(tǒng)

我國是世界上畜牧業(yè)資源豐富和歷史悠久的國家之一[1]。近年來，我國規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖業(yè)迅速發(fā)展，隨之產(chǎn)生的廢物量快速增加[2-3]。豬場廢水排放量大，傳統(tǒng)的生化方法雖然能使豬場廢水達(dá)到我國現(xiàn)行畜禽養(yǎng)殖業(yè)的排放標(biāo)準(zhǔn)，但已遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的要求，這使人們越來越關(guān)注畜禽養(yǎng)殖廢水的深度處理方法。

臭氧氧化可以用于地表水、地下水以及生活和工業(yè)廢水的處理和凈化[4-6]，臭氧氧化技術(shù)在畜禽養(yǎng)殖廢水方面的應(yīng)用近幾年也逐漸被重視[3，7-9]。研究表明，臭氧氧化能去除豬場廢水的不良?xì)馕丁㈩伾蜔o機(jī)營養(yǎng)鹽，提高透光率和藻類生物量等[8-9]，還能降低抗生素耐藥菌的生物活性[10]并使殘留細(xì)菌引起的微藻小球藻生長量下降[7]。然而，目前國內(nèi)外對臭氧氧化水處理技術(shù)的研究多注重水質(zhì)的改善，但水處理技術(shù)應(yīng)用的最終目的應(yīng)該是恢復(fù)水體的生態(tài)功能[11]，提高水體的自凈能力，因而水處理技術(shù)應(yīng)用后水體的排放對水生生態(tài)系統(tǒng)中生物組分的影響研究尤為重要。

臭氧氧化后的豬場廢水中依然存在一些殘留微生物[7]，而且使水體中的溶解氧（DO）[12]、有機(jī)物和無機(jī)物含量發(fā)生變化[9]，造成水體環(huán)境的改變。由于環(huán)境變化會刺激植物體內(nèi)產(chǎn)生各種類型的活性氧（ROS），如果抗氧化系統(tǒng)抵御不了ROS的積累，就會使植物受到傷害，那么了解植物的抗氧化代謝特征可能有助于對水處理技術(shù)后續(xù)影響的研究[13]。水生植物尤其沉水植物在生態(tài)系統(tǒng)中具有不可替代的地位和作用，是水質(zhì)評估和后續(xù)風(fēng)險評價的指示生物[14]。從沉水植物生理水平上探求水環(huán)境對植物的影響更能準(zhǔn)確地反映植物體的代謝水平和對環(huán)境的響應(yīng)。對沉水植物生理影響的研究，目前多見水體富營養(yǎng)化或重金屬脅迫的報道[15-16]，而臭氧氧化技術(shù)的后續(xù)影響研究還未見報道，所以用沉水植物抗氧化系統(tǒng)的響應(yīng)來研究畜禽養(yǎng)殖廢水經(jīng)臭氧氧化處理后對水生植物的影響具有重要意義。

苦草是一種多年生沉水克隆植物，廣泛分布于我國的各種淡水棲息地[17]，具有良好的實(shí)驗(yàn)特性[18]。本研究以苦草為材料，從其活性氧代謝和抗氧化系統(tǒng)的角度出發(fā)，研究經(jīng)臭氧氧化深度處理后的豬場尾水對苦草生長的影響，探討苦草在豬場處理尾水中的適應(yīng)性和臭氧氧化技術(shù)應(yīng)用于畜禽養(yǎng)殖廢水對水生生態(tài)系統(tǒng)的影響，為臭氧氧化技術(shù)在環(huán)境可持續(xù)發(fā)展方面的應(yīng)用研究提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)與材料

本試驗(yàn)在上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院莊行綜合試驗(yàn)基地（121°23′E、30°53′N）進(jìn)行。水樣采集于上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧試驗(yàn)場豬場的排放水池。該場以養(yǎng)殖生豬為主，占地面積3.33hm2，年出欄數(shù)3000余頭。豬場廢水主要包括尿、糞和豬舍沖洗水。日產(chǎn)廢水量約5t，排放間隔時間為7d。豬場廢水經(jīng)生化處理后到達(dá)排放水池。本試驗(yàn)于2015年9—10月進(jìn)行，每隔7d在排放水池中采水1次，共采集4次，采樣后盡快進(jìn)行臭氧氧化處理。

臭氧氧化裝置由臭氧發(fā)生器（WG-S10，上海威固）、臭氧濃度檢測儀（IDEAL-2000，美國）、不銹鋼增壓泵（JETB-0.37）、文丘里射流器（A25152）和氣液反應(yīng)器（不銹鋼材質(zhì)，D 50 cm，H 90 cm）組成。通過臭氧發(fā)生器制備臭氧，調(diào)節(jié)臭氧流量為2.5 L·min-1，由臭氧檢測儀在線檢測臭氧濃度，每次處理的水量固定，設(shè)置3個臭氧投加濃度，分別約為10、30、50 mg·L-1，反應(yīng)時間為30 min，處理時的豬場尾水溫度約為20℃。處理后的水在通風(fēng)環(huán)境中放置24 h，保證無剩余臭氧，然后用于苦草試驗(yàn)。

苦草（Vallisneria spiralis，常綠品種，購自上海海洋大學(xué)）的培育過程在普通池塘中完成，采集長勢和生長量相對一致的幼苗（長度40±5 cm）在圓錐形塑料桶（上口直徑40 cm，下口直徑32 cm，高56 cm）中進(jìn)行前培育，桶中底泥（采自附近河道）高約15 cm，每個塑料桶中種植苦草7簇，每簇2株，并放入池塘水至淹沒葉片止，每個塑料桶下方20 cm處裝有排水口。待植物苗進(jìn)入正常的生長階段并有外擴(kuò)能力后，分別加入未處理和不同臭氧濃度處理的水樣，之后每7 d換一次水，在換水之前采集水樣和植物樣（苦草葉片），進(jìn)行生理生化指標(biāo)測定，共采集4次。

本試驗(yàn)設(shè)4個處理，包括3個不同濃度臭氧氧化處理和1個對照，即：BO（Before O3，對照，未經(jīng)處理的豬場處理尾水）、AO1（AfterO3，臭氧投加濃度為10 mg· L-1）、AO2（After O3，臭氧投加濃度為30 mg·L-1）、AO3（After O3，臭氧投加濃度為50 mg·L-1），分別用于苦草培養(yǎng)，每個處理設(shè)3個重復(fù)。

加入苦草中的處理水和試驗(yàn)后水質(zhì)情況見表1。

1.2 測定指標(biāo)與方法

超氧陰離子（O-2·）產(chǎn)生速率采用羥胺法測定[19]；過氧化氫（H2O2）含量采用分光光度計法測定[20]；丙二醛（MDA）含量的測定采用硫代巴比妥酸比色法，消光系數(shù)為0.155 μmol·L－1·cm－1[21]。

超氧化物歧化酶（SOD，EC 1.15.1.1）活性采用四唑氮藍(lán)（NBT）光氧化還原法測定，以每分鐘每克植物組織（鮮重）的反應(yīng)體系對NBT光化還原抑制50%為一個SOD活性單位（U）。過氧化氫酶（CAT，EC 1.11.1.6）活性采用紫外吸收法測定，以1 min內(nèi)A240減少0.1的酶量為一個酶活單位（U）。過氧化物酶（POD，EC 1.11.1.7）活性采用愈創(chuàng)木酚法測定，將每分鐘1個單位的吸光度變化定義為一個POD活性單位（U）[20]?？箟难徇^氧化物酶（APX，EC 1.11.1.11）活性采用紫外分光光度計測定，消光系數(shù)為2.8 mmol·L－1·cm－1）[22]。酶活性（比活）以可溶性蛋白為基礎(chǔ)來表示。可溶性蛋白含量根據(jù)Bradford[23]的方法檢測，以牛血清白蛋白（BSA）為標(biāo)準(zhǔn)?？箟难幔ˋsA）含量參照鄒琦[24]的方法測定。谷胱甘肽（GSH）含量參照Griffith[25]的方法測定。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用SPSS 13.0（SPSS Inc.，Chicago，IL，USA）軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析，Sigmaplot 12.0軟件完成制圖工作。

表1 加入苦草中和苦草試驗(yàn)后水質(zhì)情況Table 1 Water quality before and after Vallisneria spiralis test

2 結(jié)果與分析

2.1 臭氧氧化豬場處理尾水對苦草生物量的影響

第4次采樣時，以每個處理3簇統(tǒng)計了苦草葉片干重，4個處理生物量分別為BO 1.63 gDW、AO1 1.83 gDW、AO2 2.44 gDW、AO3 1.15 gDW。從圖1可以看出，AO1、AO2與BO相比，苦草長勢良好，生物量分別增加了12.3%和49.7%，AO3的苦草長勢最弱，生物量與BO相比降低了29.4%。

圖1 苦草形態(tài)照片（每處理3簇）Figure 1 The morphology of Vallisneriaspiralis

2.2 臭氧氧化豬場處理尾水對苦草活性氧含量的影響

臭氧氧化豬場處理尾水對苦草O－2·和H2O2的影響如圖2所示。與BO相比，AO2處理的苦草O－2·含量有降低趨勢，但并未達(dá)到顯著水平（P＞0.05）；在第1次采樣時，AO1處理的苦草O－2·含量有升高趨勢，并與AO2處理之間達(dá)差異顯著水平（P＜0.05，圖2A）。與BO相比，臭氧氧化處理有增加苦草H2O2含量的趨勢，并在第1次采樣中，AO3處理與BO處理之間達(dá)差異顯著水平（P＜0.05，圖2B）。臭氧氧化豬場尾水處理對苦草O－2·（P=0.010）和H2O2（P=0.017）含量都有顯著影響（表2）。

2.3 臭氧氧化豬場處理尾水對苦草抗氧化酶防御系統(tǒng)的影響

如圖3A所示，第1次采樣中，與BO相比，AO1和AO2處理中的苦草SOD活性有升高趨勢，但未達(dá)到顯著水平（P＞0.05）；在之后的采樣中，臭氧氧化處理有降低苦草SOD活性的趨勢，AO2處理中的苦草SOD活性在第2次采樣中明顯降低，與BO之間達(dá)到差異顯著水平（P＜0.05）。與BO相比，臭氧氧化處理中的苦草CAT活性在第1次采樣中有降低趨勢，并且AO3與BO之間達(dá)差異顯著水平（圖3B）；而在之后的采樣中，臭氧氧化處理的苦草CAT活性與BO相比有增加趨勢，并且AO3處理與BO之間都達(dá)到顯著差異水平（P＜0.05）。

圖2 臭氧氧化豬場處理尾水對苦草活性氧含量的影響Figure 2 Superoxide（，A）production and hydrogen peroxide（H2O2，B）content in Vallisneriaspiralis under piggery tail water of ozonation in four sampling numbers

表2 采樣批次、臭氧氧化處理以及交互作用對苦草生理指標(biāo)影響的顯著性分析Table 2 P－values for the effects of sampling number，ozonation treatment and their interaction on physiological parameters in Vallisneria spiralis

結(jié)合4次采樣來看（圖3C），與BO相比，臭氧氧化處理有降低苦草POD活性的趨勢，且在第2次采樣中，AO2處理的苦草POD活性與BO之間差異顯著（P＜0.05）；第3次采樣中，AO3處理與AO1處理相比POD活性降低明顯（P＜0.05）。臭氧氧化處理有增加苦草APX活性的趨勢（圖3D），且AO2處理增加相對明顯，與BO之間在第3次采樣中達(dá)差異顯著水平（P＜0.05）。臭氧氧化豬場尾水處理對苦草CAT（P= 0.007）、POD（P=0.022）和APX（P＝0.003）活性有顯著影響（表2）。

2.4 臭氧氧化豬場處理尾水對苦草抗氧化物質(zhì)的影響處理之間苦草AsA的變化趨勢在4次采樣中不盡相同（圖4A），與BO相比，臭氧氧化處理在第1和第2次采樣中有增加苦草AsA含量的趨勢，且在第1次采樣中，AO3處理增加相對明顯（P＜0.05），第2次采樣中，AO2處理增加相對明顯（P＜0.05）；在第3和第4次采樣中，AO2處理中苦草AsA含量有增加趨勢，而AO1和AO3處理中苦草AsA含量降低，AO2處理（升高）與AO3處理（降低）之間差異顯著（P＜0.05）。

除第4次采樣外，與BO相比，臭氧氧化處理有增加苦草GSH含量的趨勢。在第1次采樣中，AO1和AO2處理與BO之間達(dá)差異顯著水平（P＜0.05）；在第3次采樣中，AO2和AO3處理與BO相比增加明顯（P＜0.05）。從4次采樣樣品平均值來看，AO2處理的苦草AsA和GSH含量與BO處理相比增加明顯，平均分別增加33.3%和14.9%。臭氧氧化豬場尾水處理對苦草AsA（P=0.001）和GSH（P=0.017）含量都有顯著影響（表2）。

3 討論

活性氧（ROS）是植物體內(nèi)正常代謝的產(chǎn)物。在適宜的濃度下，ROS被認(rèn)為是信號轉(zhuǎn)導(dǎo)級聯(lián)反應(yīng)中的第二信使，調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)的幾種植物響應(yīng)，包括氣孔關(guān)閉、程序性細(xì)胞死亡及對生物或非生物脅迫的耐性等[26]。高濃度的ROS會對植物產(chǎn)生傷害，使植物過早衰老，而ROS信號的強(qiáng)度、壽命和大小取決于氧化劑的產(chǎn)生和被抗氧化劑清除之間的平衡[13]?！な亲钪匾难踝杂苫彩瞧渌鸕OS的前體物。本試驗(yàn)結(jié)果表明，臭氧氧化豬場尾水處理并沒有使苦草產(chǎn)生·積累（圖2A），且AO2處理中苦草·含量在4個處理中最低，說明苦草較為適應(yīng)AO2的環(huán)境。相對于H2O2來說·是一個非常不穩(wěn)定的ROS，可迅速通過歧化作用轉(zhuǎn)化為H2O2[27]?？梢钥闯觯▓D2B），臭氧氧化處理中苦草H2O2含量與BO相比有升高趨勢，結(jié)合苦草的生物量和長勢（圖1）可以說明，AO1和AO2處理中苦草H2O2含量增加可能起到信號轉(zhuǎn)導(dǎo)作用，激發(fā)體內(nèi)抗氧化系統(tǒng)發(fā)生反應(yīng)[28]，使其在生長過程中產(chǎn)生獨(dú)特的代謝和保護(hù)機(jī)制[29]，從而維持苦草生長；AO3處理中苦草H2O2含量增加可能使其體內(nèi)產(chǎn)生了ROS積累，從而影響了苦草生長。

圖3 臭氧氧化豬場處理尾水對苦草抗氧化防御酶活性的影響Figure 3 Superoxide dismutase（SOD，A），catalase（CAT，B），peroxidase（POD，C）and ascorbate peroxidase（APX，D）activities in Vallisneriaspiralis under piggery tail water of ozonation in four sampling numbers

圖4 臭氧氧化豬場處理尾水對苦草抗氧化物質(zhì)含量的影響Figure 4 Ascorbic acid（AsA，A）and glutathione（GSH，B）content in Vallisneriaspiralis under piggery tail water of ozonation in four sampling numbers

在本試驗(yàn)中，與BO相比，除第1次采樣外，臭氧氧化處理有降低苦草SOD活性的趨勢（圖3A），且AO2處理降低明顯，這與AO2處理中的O-2·含量低有關(guān)（圖2A）；而苦草SOD活性的降低可能是因?yàn)镾OD發(fā)揮了歧化作用，從而使自身活性降低。與BO相比，臭氧氧化處理使苦草CAT活性在第1次采樣中有降低趨勢（圖3B），在之后的采樣中又逐漸升高，說明在試驗(yàn)初始，苦草對環(huán)境產(chǎn)生了不適反應(yīng)，而在不適條件下苦草會調(diào)節(jié)自身的內(nèi)源保護(hù)機(jī)制，以促進(jìn)抗氧化酶活性的表達(dá)[33]。綜合4次采樣來看，與BO相比，臭氧氧化處理有降低苦草POD活性的趨勢（圖3C），說明臭氧氧化豬場處理尾水環(huán)境下，苦草H2O2含量的增加并沒有激發(fā)POD活性，POD對苦草的調(diào)節(jié)沒有起到主要作用，苦草是通過另外的抗氧化途徑來進(jìn)行ROS調(diào)節(jié)的。APX是AsA-GSH循環(huán)中的關(guān)鍵酶[32]，臭氧氧化處理有增加苦草APX活性的趨勢（圖3D），且AO2處理中增加相對明顯，而AO2處理中苦草的生物量也最大，說明與POD相比，可能AsA-GSH循環(huán)在本試驗(yàn)條件下對苦草的ROS調(diào)節(jié)更有效。

AsA-GSH循環(huán)負(fù)責(zé)清除H2O2，AsA和GSH是AsA-GSH循環(huán)中兩個重要的抗氧化物質(zhì)，它們往往通過相互耦合而起作用。葉片AsA水平被認(rèn)為是衡量植物耐受性的一個指標(biāo)[34]。如圖4A所示，在第1次采樣中，AO3處理中苦草AsA含量顯著增加，在之后的采樣中又顯著降低，說明短期處于逆境中時，植物會激發(fā)體內(nèi)的抗氧化物質(zhì)來抵御不適條件，而之后苦草不能將體內(nèi)的AsA含量維持在正常水平，可能是在此環(huán)境下時間過長對AsA再生系統(tǒng)產(chǎn)生了不利影響[35]，植物體抗氧化脅迫的能力減弱[36]。AO2中苦草的AsA含量較高，說明AsA在調(diào)節(jié)苦草的適應(yīng)性和體內(nèi)的生理平衡上發(fā)揮重要作用。GSH是再生AsA的重要物質(zhì)，是植物代謝過程中生理變化的潛在標(biāo)記物。臭氧氧化處理有增加苦草GSH含量的趨勢（圖4B），對AsA的再生起到重要作用。在AO2處理中，苦草的APX活性、AsA含量和GSH含量都有增加趨勢，說明AsA-GSH循環(huán)在該環(huán)境中對苦草的ROS調(diào)節(jié)和維持生物量具有重要作用。

4 結(jié)論

（1）除SOD活性以外，臭氧氧化處理對苦草的活性氧和抗氧化指標(biāo)均有顯著影響（P<0.05）。

（2）AO1和AO2處理與BO處理相比，苦草的生理指標(biāo)調(diào)節(jié)功能相對較好，AO2處理中苦草的生物量最高，AsA-GSH循環(huán)對ROS的調(diào)節(jié)起重要作用，其中的APX活性、AsA和GSH含量增加明顯。

（3）AO3處理中，苦草的H2O2含量增加，AsA含量降低，活性氧和抗氧化指標(biāo)之間沒有達(dá)到平衡，限制了苦草的生長，使苦草生物量降低。

（4）在合適的臭氧氧化濃度條件下，臭氧氧化技術(shù)應(yīng)用于畜禽養(yǎng)殖廢水處理對沉水植物的生長具有促進(jìn)作用，從而對水生生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)具有重要意義。

[1]翁伯琦,雷錦桂,江枝和,等.集約化畜牧業(yè)污染現(xiàn)狀分析及資源化循環(huán)利用對策思考[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報,2010,29（增刊）：294-299.

WENG Bo-qi,LEI Jin-gui,JIANG Zhi-he,et al.Present situation analysis of intensive livestock pollution and countermeasures consideration of resource recycling[J].Journal of Agro-Environment Science,2010, 29（Suppl）：294-299.

[2]Macauley J J,Qiang Z,Adams C D,et al.Disinfection of swine wastewater using chlorine,ultraviolet light and ozone[J].Water Research,2006, 40（10）：2017-2026.

[3]曾鑫,呼世斌,屈廣周,等.臭氧氧化處理養(yǎng)豬場厭氧沼液[J].環(huán)境工程學(xué)報,2015,9（7）：3332-3338.

ZENG Xin,HU Shi-bin,QU Guang-zhou,et al.Treatment of swine farm anaerobic biogas slurry by ozone oxidation[J].Chinese Journal of Environmental Engineering,2015,9（7）：3332-3338.

[4]Tay K S,Madehi N.Ozonation of ofloxacin in water：By-products, degradation pathway and ecotoxicity assessment[J].Science of the Total Environment,2015,520：23-31.

[5]Jennifer G A,Marc W B,Douglas R C,et al.Effects of oxygenation on ammonia oxidation potential and microbial diversity in sediment from surfaceflow wetland mesocosms[J].Bioresource Technology,2010,101（4）：1389-1392.

[6]Tripathi S,Pathak V,Tripathi D M,et al.Application of ozone based treatments of secondary effluents in the tropical cities[J].Bioresource Technology,2011,102（3）：2481-2486.

[7]Gan K,Mou X,Xu Y,et al.Application of ozonated piggery wastewater for cultivation of oil-rich Chlorella pyrenoidosa[J].Bioresource Technology,2014,171：285-290.

[8]Kim H C,Choi W J,Maeng S K,et al.Ozonation of piggery wastewater for enhanced removal of contaminants by S.quadricauda and the impact on organic characteristics[J].Bioresource Technology,2014,159：128-135.

[9]Silva G H R,Daniel L A,Bruning H,et al.Anaerobic effluent disinfectionusingozone：Byproductsformation[J].BioresourceTechnology,2010, 101（18）：6981-6986.

[10]Carbajo J B,Petre A L,Rosal R,et al.Continuous ozonation treatment of ofloxacin：Transformation products,water matrix effect and aquatic toxicity[J].Journal of Hazardous Materials,2015,292：34-43.

[11]劉婭琴,劉福興,宋祥甫,等.農(nóng)村污染河道生態(tài)修復(fù)中浮游植物的群落特征[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報,2015,34（1）：162-169.

LIU Ya-qin,LIU Fu-xing,SONG Xiang-fu,et al.Characteristics of phytoplankton community in country contaminated ditches during ecological restoration[J].Journal of Agro-Environment Science,2015,34（1）：162-169.

[12]于衍真,譚娟,馮巖.臭氧組合工藝在水處理中的應(yīng)用[J].工業(yè)用水與廢水,2008,39（3）：8-16.

YU Yan-zhen,TAN Juan,FENG Yan.Application of ozone-combined process in water treatment[J].Industrial Water and Wastewater,2008, 39（3）：8-16.

[13]Sharma P,Jha A B,Dubey R S,et al.Reactive oxygen species,oxidative damage,and antioxidative defense mechanism in plants under stressful conditions[J].Journal of Botany,2012,Article ID 217037, 1-26.doi:10.1155/2012/217037

[14]Zhang L,Wang S,Jiao L,et al.Physiological response of a submerged plant（Myriophyllum spicatum）to different NH4Cl concentrations in sediments[J].Ecological Engineering,2013,58：91-98.

[15]劉燕,王圣瑞,金相燦,等.水體營養(yǎng)水平對3種沉水植物生長及抗氧化酶活性的影響[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報,2009,18（1）：57-63.

LIU Yan,WANG Sheng-rui,JIN Xiang-can,et al.Effects of different nutritional condition on the growth and antioxidant enzyme activity of three submerged macrophytes[J].Ecology and Envrionment,2009,18（1）：57-63.

[16]Delmail D,Labrousse P,Hourdin P,et al.Physiological,anatomical and phenotypical effects of a cadmium stress in different-aged chlorophyllian organs of Myriophyllu malterniflorum DC（Haloragaceae）[J]. Environmental and Experimental Botany,2011,72（2）：174-181.

[17]Wang C,Zhang S H,Wang P F,et al.Metabolic adaptations to ammonia-induced oxidative stress in leaves of the submerged macrophyte Vallisneria spiralis（Lour.）Hara[J].Aquatic Toxicology,2008,87（2）：88-98.

[18]Jiang J,Gu X,Song R,et al.Microcystin-LR induced oxidative stress and ultrastructural alterations inmesophyll cells of submerged macrophyte Vallisneria spiralis（Lour.）Hara[J].Journal of Hazardous Materials,2011,190（1）：188-196.

[19]王愛國,羅廣華.植物超氧化物自由基與羥胺反應(yīng)的定量關(guān)系[J].植物生理學(xué)通訊,1990,26（6）：55-57.

WANG Ai-guo,LUO Guang-hua.Quantitative relation between the reaction of hydroxylamine and superoxide anion radicals in plants[J]. Plant Physiology Communications,1990,26（6）：55-57.

[20]李玲.植物生理學(xué)模塊實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)[M].北京：科學(xué)出版社,2009：84-100.

LI Ling.Experimental instruction of plant physiology module[M].Beijing：The Science Publishing Company,2009：84-100.

[21]李合生,孫群,趙世杰,等.植物生理生化原理和實(shí)驗(yàn)技術(shù)[M].北京：高等教育出版社,2004：260-261.

LI He-sheng,SUN Qun,ZHAO Shi-jie,et al.Principles and experimental techniques of plant physiology and biochemistry[M].Beijing：Higher Education Press,2004：260-261.

[22]Nakano Y,Asada K.Purification of ascorbate peroxidase in spinach chloroplasts：Its inactivation in ascorbate-depleted medium and reactivation by monodehydroascorbate radical[J].Plant Cell Physiology,1987, 28（1）：131-140.

[23]Bradford M M.A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding[J].Analytical Biochemistry,1976,72（1/2）：248-254.

[24]鄒琦.植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社,2000, 159-170.

[25]Griffith O W.Determination of glutathione and glutathione disulfide using glutathione reductase and 2-vivylpyridine[J].Analytical Biochemistry,1980,106（1）：207-212.

[26]Miller G,Shulaev V,Mittler R.Reactive oxygen signaling and abiotic stress[J].Physiologia Plantarum,2008,133（3）：481-489.

[27]Sgherri C,Quartacci M F,Navari-Izzo F.Early production of activated oxygen species in root apoplast of wheat following copper excess[J]. Journal of Plant Physiology,2007,164（9）：1152-1160.

[28]Rai R,Agrawal M.Evaluation of physiological and biochemical responses of two rice（Oryza sativa L.）cultivars to ambient air pollution using open top chambers at a rural site in India[J].Science of the Total Environment,2008,407（1）：679-691.

[29]Liu Y G,Wang X,Zeng G M,et al.Cadmium-induced oxidative stress and response of the ascorbate-glutathione cycle in Bechmeria nivea（L.）Gaud[J].Chemosphere,2007,69（1）：99-107.

[30]Tasgin E,Atici O,Nalbantoglu B,et al.Effects of salicylic acid and cold treatments on protein levels and on the activities of antioxidant enzymes in the apoplast of winter wheat leaves[J].Phytochemistry,2006, 67（1）：710-715.

[31]Barcelo A R,Pomar F,Lopez-Serrano M,et al.Peroxidase：A multifunctional enzyme in grapevines[J].Functional Plant Biology,2003,30（6）：577-591.

[32]Wang J,Zhang H,Allen R D.Overexpression of an Arabidopsis peroxisomal ascorbate peroxidase gene in tobacco increases protection against oxidative stress[J].Plant and Cell Physiology,1999,40（7）：725-732.

[33]Bowler C,Montagu M V,Inze D.Superoxide dismutase and stress tolerance[J].Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology,1992,43（1）：83-116.

[34]Frei M,Wissuwa M,Pariasca-Tanaka J,et al.Leaf ascorbic acid level: Is it really important for ozone tolerance in rice?[J].Plant Physiology and Biochemistry,2012,59：63-70.

[35]Mahalingam R,Jambunathan N,Gunjan S K,et al.Analysis of oxidative signaling induced by ozone in Arabidopsis thaliana[J].Plant,Cell and Environment,2006,29（7）：1357-1371.

[36]宋玉芝,孔繁璠,王敏,等.光照強(qiáng)度及附植藻類對狐尾藻生理指標(biāo)的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報,2015,34（2）：233-239.

SONG Yu-zhi,KONG Fan-fan,WANG Min,et al.Effects of light intensity and epiphytic algae on physiological parameters of Myriophyllum spicatum[J].Journal of Agro-Environment Science,2015,34（2）：233-239.

Effects of ozonation of piggery tail water on the antioxidant system in Vallisneria spiralis

WANG Jun-li,CHEN Gui-fa,LIU Fu-xing*,SONG Xiang-fu,ZOU Guo-yan（Shanghai Academy of Agricultural Science,Shanghai 201403,China）

Ozonation is becoming more prevalent as a pretreatment in the dispose of livestock wastewater,there are growing concerns on the effects of ozonation technology on sustainable development of environment.In this research,after the piggery tail water from biological pond system was further treated by ozonation,the effects of ozonized piggery tail water on the health of aquatic ecosystems were investigated in the terms of reactive oxygen species and antioxidant system of Vallisneria spiralis.The results showed that compared with the un-ozonized tail water,ozonation（AO1 10 mg·L-1,AO2 30 mg·L-1,AO3 50 mg·L-1）increased hydrogen peroxide（H2O2）content in Vallisneria spiralis.AO2 treatment increased ascorbate peroxidase（APX）activity,ascorbic acid（AsA）and glutathione（GSH）content and the biomass,indicating the important role of AsA-GSH cycle in regulating H2O2levels.However,AO3 treatment decreased AsA content,broke the balance between H2O2and antioxidants and resulted in the decreased biomass of Vallisneria spiralis.Our results suggested that,30 mg·L-1is the optimum ozone concentration to treat piggery tail water,by which it could promote the antioxidant system and growth of submerged macrophytes,and very helpful for the maintenance of healthy aquatic ecosystem.

ozonation;piggery tail water;submerged macrophytes;Vallisneria spiralis;antioxidant system

X713

A

1672-2043（2016）12-2299-07

10.11654/jaes.2016-0743

王俊力，陳桂發(fā)，劉福興，等.臭氧氧化豬場處理尾水對苦草（Vallisneria spiralis）抗氧化系統(tǒng)的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報,2016,35（12）：2299-2305.

WANG Jun-li,CHEN Gui-fa,LIU Fu-xing,et al.Effects of ozonation of piggery tail water on the antioxidant system in Vallisneria spiralis[J].Journal of Agro-Environment Science,2016,35（12）:2299-2305.

2016－05－31

國家水體污染控制與治理科技重大專項（2012ZX07101-004）

王俊力（1985—），女，遼寧丹東人，博士，從事植物生理生態(tài)研究。E-mail：jlwang2014@yeah.net

*通信作者：劉福興E-mail:liufuxing@126.com