单体发状念珠藻与荒漠化土壤生态修复.docx

单体发状念珠藻与荒漠化土壤生态修复我国是世界上受荒漠化影响最为严重的国家之一，荒漠化治理已成为我国生 态环境治理的首要任务。最有希望的荒漠化治理途径是以生物学措施为主导，获 得可持续发展的综合治理。在荒漠化土壤的改良过程中，土壤生物结皮（biological soil crusts）的形成是一 个重要环节。生物结皮是由藻类、地衣、苔鲜、菌类等与土壤颗粒共同形成的易 剥离的表层土壤。生物结皮可以稳定表土、固定流沙，提高土壤的抗侵蚀能力， 还可以改良土壤结构、提高土壤肥力、增加土表湿度，具有遏制土壤荒漠化以及 促进荒漠地区生态系统恢复的作用。研究表明，陆生蓝藻在土壤结皮形成过程中 起着重要的作用，蓝藻一旦在土壤中大量生长，它们就能向体外分泌以多糖为主 的物质，从而粘结土壤颗粒和沙粒，形成结皮，提供有机质和增加土壤含氮量（由 固氮蓝藻完成），防止土壤侵蚀，促进沙漠土壤化及沙丘固定。待土壤营养条件 和生态因子改善后，尤其是氮素积累达到一定水平后，对环境适应性较弱的地衣、 苔薛等就可以开始生长、繁殖。待土壤理化性质进一步改善后，高等植物就可以 入侵和定植，实现生态环境的改良。发状念珠藻（Nostoc flagelliforme）又称发菜，是主要分布于我国北方荒漠 地区中的一种陆生蓝细菌（蓝藻）。发状念珠藻营光合自养生长，并具有自生固 氮能力，对生长环境中营养物质的要求极其简单，是荒漠化土壤中的“先锋生 物”。发状念珠藻具有极强的抗逆能力，在极度干燥的条件下长时间保存后复水， 仍可迅速回复代谢活性。发状念珠藻生长地区年地表最高温度77.9°C，最低-36.5°C。发状念珠藻光饱和点高达1200呻olm-2.s-i，远远高于其它蓝藻（光饱 和点100150呻olm-2.s-i），表现出强烈的嗜光性和抗紫外辐射能力。发状念珠 藻贴地生长的习性，使其可以有效覆盖地表，减少土壤水分蒸发，其光合自养和 自生固氮的能力，使其在极为贫瘠的土壤中也可正常生长。发状念珠藻生长过程 中分泌大量的多糖物质进入土壤，有利于其它土壤微生物的生长和繁殖，在荒漠 化土壤的改良和修复中具有特殊的地位和重要的生态学意义。发状念珠藻是一种丝状聚合体蓝藻，生长十分缓慢，自然条件下生物量加倍 时间长达上百年，在我国已濒临灭绝，被列为国家一级保护植物。从发状念珠藻聚合体中分离的单体发状念珠藻（图1）可以采用微藻培养技术进行液体悬浮培 养（图2），而且其生长速度大大加快，生物量加倍时间约为36-48小时。利用这 一技术不仅可以进行发状念珠藻的生产，也为利用发状念珠藻这一陆生蓝藻进行 生态修复提供了材料上的保障。图1单体发状念珠藻显微照片（640X）图2单体发状念珠藻液体悬浮培养研究表明，单体发状念珠藻在固态基质上培养时，会分泌大量的胞外胶质物 质，粘结土壤颗粒（图3）。单体发状念珠藻接种到沙粒平板上培养约3个月后， 可明显看见沙粒表面形成一层致密的薄层结皮（图4），且培养基质的含水量增加， 持水性增强，而渗水性下降。图3沙粒基质上生长的单体发状念珠藻及其胞外分泌物（40X）图4接种单体发状念珠藻后沙粒基质上形成的结皮图5野外生长的单体发状念珠藻