六種花卉植物對甲醛的耐受力研究

馮艷瓊，何彤慧,雷寶通，郭 盼,尹春麗

(1.西安文理學(xué)院 生物與環(huán)境工程學(xué)院， 陜西 西安 710065；2.寧夏大學(xué) 西北退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)與重建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，寧夏 銀川 750021；3.寧夏大學(xué) 西北土地退化與生態(tài)恢復(fù)省部共建國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，寧夏 銀川 750021)

據(jù)監(jiān)測，中國城市60%～94%新裝修居室空氣中甲醛濃度超過國家標(biāo)準(zhǔn)，且平均濃度為國家居室內(nèi)甲醛衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(0.08 mg·m-3)的3～10倍[1]。鑒于甲醛氣體損傷人體多組織器官，并有致畸、致癌作用[2]，消除室內(nèi)甲醛污染問題成為緊迫，目前人們償試的多種去除方法中，利物觀賞植物凈化，是一種行之有效的方法，具有凈化和美化雙重作用[3]。利用植物去除凈化室內(nèi)甲醛的這類研究最早是美國航天局( NASA)的WolvertonB C 博士[4]他在單位葉面積吸收甲醛量、一定時間甲醛吸收比例和甲醛吸收凈化效果等方面得出很多結(jié)果[5～9]。近年來，國內(nèi)的科研人員也以不同的植物為對象，探討了其對甲醛及苯系物等室內(nèi)裝修污染物的凈化效果[10～13]，但對植物在甲醛脅迫下的耐受力研究相對較少。筆者實(shí)驗(yàn)?zāi)M新裝修的室內(nèi)環(huán)境，探究6種常見的室內(nèi)觀賞植物對甲醛吸收效果、甲醛脅迫后被試植物生理指標(biāo)的變化情況以及觀察各被試植物甲醛脅迫下外觀形態(tài)變化，以求綜合分析植物甲醛脅迫后的耐受力。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

選取綠蘿(Epipremnumaureum)、蘆薈(Aloeveravar.chinensis)、常春藤(Hederanepalensisvar.sinensis)、長壽花(Kalanchoeblossfeldiana)、虎尾蘭(Sansevieriatrifasciata)和綠葉吊蘭(Chlorohytumcomosum)6種生長狀態(tài)良好長勢相同的常見、常綠的室內(nèi)觀賞植物各兩組。

1.2 試驗(yàn)方案

采用由1cm厚玻璃制成的玻璃密閉艙(自制規(guī)格為0.6 m×0.6 m×0.8 m)作為模擬室內(nèi)甲醛污染裝置，玻璃艙上面留孔作為測甲醛的采樣孔，在密閉艙內(nèi)拐角處放入甲醛溶液，待甲醛充分揮發(fā)后測定初始濃度，每種試驗(yàn)植物選取長勢良好并且生長狀況接近的同種植物兩組，設(shè)置平行對照組，即三個玻璃密閉艙中，一號密閉艙通入甲醛放入植物，二號密閉艙只放植物，三號密閉艙只通甲醛。分別在甲醛充分揮發(fā)后的2 h、4 h、6 h、8 h、10 h、12 h的玻璃密閉艙中測定一號和三號密閉艙的甲醛濃度，12 h后分別測定這幾種試驗(yàn)植物與各自對照組即一號和二號密閉艙植物的可溶性蛋白含量、過氧化氫酶(CAT)活性、過氧化物酶(POD)活性、超氧化物歧化酶(T-SOD)活性、葉綠素含量和丙二醛(MDA)含量各項(xiàng)生理指標(biāo)，并對實(shí)驗(yàn)前后植物外觀形態(tài)進(jìn)行拍照記錄。

1.3 葉面積、生理指標(biāo)和甲醛測定方法

葉面積采用剪紙稱重法，即把植物葉片平鋪放置在卡紙上，沿其邊緣劃線并沿線剪下，稱量其重量，根據(jù)之前測算的1 cm2同種紙張的重量計(jì)算葉面積。

生理指標(biāo)：可溶性蛋白含量測定采用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法；過氧化氫酶(CAT)活性測定采用紫外分光法；過氧化物酶(POD)活性測定采用愈創(chuàng)木酚法, POD 活性以每分鐘增加 0 .01 個 OD值所需酶量為 1 個活性單位(U)；總超氧化物歧化酶(T-SOD)活性測定采用氮藍(lán)四唑(NBT)法, 每毫克組織蛋白在1mL反應(yīng)液NBT中SOD抑制率達(dá)50%時所對應(yīng)的SOD量為一個SOD活力單位(U)；葉綠素含量(SPAD值)采用丙酮浸提法測定；丙二醛(MDA)含量測定采用硫代巴比妥酸法。

甲醛的測定：用PPM-400ST甲醛測定儀(出廠：英國)直接測定通入甲醛的密閉艙中的甲醛濃度，每次實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次，記錄其平均值，通入甲醛充分揮發(fā)后的甲醛濃度為初始濃度，繼續(xù)測定每隔2 h的密閉艙中的甲醛濃度，共持續(xù)12 h，12 h后艙內(nèi)的甲醛濃度為終止?jié)舛?，用不放植物的空白對照組甲醛含量變化進(jìn)行校正。

2 結(jié)果與分析

2.1 甲醛對被試植物的影響

各植物在通入甲醛后，待充分揮發(fā)后用PPM-400ST甲醛測定儀測定12 h內(nèi)玻璃密閉艙中每隔2 h甲醛的量，結(jié)果如圖1和表1可見，6種植物在通入甲醛12 h內(nèi)的各時間段內(nèi)玻璃密閉艙中甲醛的量都在逐漸減少，說明這12 h內(nèi)植物在以不同程度的量在吸收甲醛，且不同的時間段對甲醛吸收變化趨勢各不相同。吸收總量前二位的常春藤和虎尾蘭表現(xiàn)出相同的變化趨勢，即為在通入甲醛2～4 h后的變化較快，其他時間段變化較慢；綠蘿在通入甲醛0～2 h后的變化較快，其他時間段變化較平緩；綠葉吊蘭和蘆薈通入甲醛12 h內(nèi)各時間段基本保持同樣的下降趨勢；甲醛吸收量最小的長壽花變化趨勢較為不明顯。6種植物對甲醛都有一定吸收的能力，但不同植物種類的對甲醛吸收效果存在差異。從玻璃密閉艙處理12 h后測得的各植物的吸收總量來看，各植物的甲醛吸收凈化能力排序?yàn)椋撼４禾?虎尾蘭>綠葉吊蘭>綠蘿>蘆薈>長壽花，從玻璃密閉罩處理12 h后單位葉面積吸收甲醛量來看，各植物的甲醛吸收凈化能力排序?yàn)椋撼４禾?綠葉吊蘭>虎尾蘭>蘆薈>綠蘿>長壽花。同時可見，甲醛處理12 h后，綠蘿、蘆薈和綠葉吊蘭表面分別出現(xiàn)葉片變黃、葉邊有硬傷和葉梢略焦的問題，其他三種植物無明顯變化的現(xiàn)象。

表1 各植物對甲醛的吸收凈化能力和受害情況

圖1 各植物對甲醛的吸收效果

2.2 甲醛處理對被試植物各生理指標(biāo)影響

圖2表2可見，甲醛處理對6種植物的生理指標(biāo)影響是不同的，同一種植物的6項(xiàng)生理指標(biāo)也沒有存在一定相關(guān)性，同一生理指標(biāo)不同的植物實(shí)驗(yàn)前后表現(xiàn)出不同變化量。6種植物在甲醛脅迫下可溶性蛋白的變化量在通入甲醛前后大部分都表現(xiàn)出上升的趨勢，綠蘿和綠葉吊蘭的上升量較大，其上升率也較大，分別為88.6%、82%；蘆薈、常春藤和虎尾蘭的上升量相對較小，上升率也相對較小僅分別為6%、8%和7%；長壽花實(shí)驗(yàn)前后沒有變化。通入甲醛前后各植物的CAT活性都表現(xiàn)出上升的趨勢，上升量均相對較小，但上升率存在較大的不同，長壽花的上升率最大達(dá)到了173.8%；其次是常春藤為80%；然后是綠蘿、綠葉吊蘭和蘆薈，其上升率分別為54%、46.5%和38%；上升率最小的是虎尾蘭為27.4%。各植物經(jīng)甲醛熏氣處理后，POD活性也都表現(xiàn)出上升的趨勢，其變化量存在較大的差異，6種植物按其變化率從大到小依次為常春藤974%、綠蘿505%、蘆薈283%、綠葉吊蘭171%、虎尾蘭34%和長壽花17%。各植物植物在甲醛熏氣處理前后T-SOD活性同樣也都呈現(xiàn)出上升的趨勢，6種試驗(yàn)植物的上升幅度大致相同，且上升率大小差異也相對較小，上升率最大的是綠蘿為54%,上升率最小的是長壽花和綠葉吊蘭均為12%。6種被試植物在實(shí)驗(yàn)前后SPAD值5種植物表現(xiàn)出降低趨勢，下降量最大的是長壽花，其下降率為82%，接著是虎尾蘭、綠蘿和常春藤，下降率分別為56%、27%和15%，下降量最小的是蘆薈，其下降率為8%，只有綠葉吊蘭表現(xiàn)出上升的趨勢，其上升率為10%。實(shí)驗(yàn)前后6種植物葉片中MDA含量的測定，得出MDA依舊均呈現(xiàn)出較明顯的上升的趨勢，上升的量也大致相同，但是上升率存在較大的差異，綠葉吊蘭上升率最大為559%，接著是虎尾蘭和長壽花上升率分別為137%和118%，然后是蘆薈、綠蘿和常春藤上升率分別為86.5%、57%和35%。

表2 各植物有無熏氣處理12小時后的各項(xiàng)生理指標(biāo)

圖2 植物生理指標(biāo)實(shí)驗(yàn)前后差值百分比堆積柱形圖

植物可溶性蛋白過氧化氫酶(CAT)過氧化物酶(POD)葉綠素含量/(mg·L-1)總超氧化物歧化酶(T-SOD)丙二醛(MDA)綜合排序綠蘿 6 4 5 46 2 F(27)蘆薈224243A(17)常春藤456351E(24)長壽花161624C(20)虎尾蘭312535B(19)綠葉吊蘭533126D(20)

注：“1 2 3 4 5 6”代表耐受力等級從高到低；“A B C D E F”代表耐受力綜合排名，依次從高至低。

3 討論與結(jié)論

3.1 植物的吸收能力與耐受力的聯(lián)系

單從吸收能力上來說，筆者試驗(yàn)在葉面積測量中存在一定誤差，所以從單位葉面積各被測植物的吸收量進(jìn)行排序也不是絕對的，由于各植物的種類和生長狀態(tài)不同，所以在筆者試驗(yàn)中植物葉片總吸收量對各植物吸收能力的排序也只能說明本次試驗(yàn)植物的吸收總量。但是可將各植物單位葉面積的吸收量和總吸收量進(jìn)行綜合分析，可以得出筆者試驗(yàn)幾種植物中，吸收甲醛效果最好的是常春藤，具有一定吸收能力的是綠葉吊蘭、虎尾蘭、綠蘿、蘆薈，吸收甲醛效果最弱的是長壽花。

從吸收能力和耐受性關(guān)系上討論，對各植物去除凈化甲醛效果的排序、受害情況以及耐受情況進(jìn)行比對說明，各植物對甲醛的吸收能力和在甲醛脅迫下的耐受力并沒有存在完全的相關(guān)性。這與安雪[14]等人的研究結(jié)果相吻合。單位葉面積吸收量和總吸收量都是最強(qiáng)的常春藤，它的各項(xiàng)生理指標(biāo)測定結(jié)果表明并沒有完全表現(xiàn)出具有較大的耐受力。單位葉面積吸收量和總吸收量都是最差的長壽花，它的各項(xiàng)生理指標(biāo)測定結(jié)果也表明具很有強(qiáng)的耐受力。相對來說具有較好吸收能力的綠葉吊蘭在甲醛脅迫后它的植物葉片表面受害情況表現(xiàn)出葉梢略焦邊，而吸收能力最差的長壽花在甲醛脅迫后其植物葉片幾乎無變化。

3.2 植物的生理指標(biāo)與耐受力的關(guān)系

植物受到外界脅迫時，細(xì)胞膜上的蛋白會發(fā)生移動，不能維持其正常的平衡狀態(tài)，蛋白和細(xì)胞膜磷脂發(fā)生分離，轉(zhuǎn)化為游離狀態(tài)的蛋白質(zhì)，從而導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)可溶性蛋白的積累[15]。耐受力較弱的植物發(fā)生膜相變化程度較大，游離蛋白質(zhì)含量增加，可溶性蛋白含量多。筆者實(shí)驗(yàn)甲醛脅迫前后可溶性蛋白的變化率，綠蘿和綠葉吊蘭較高，蘆薈、常春藤和虎尾蘭變化率較低，長壽花無變化。

植物體內(nèi)具有復(fù)雜的CAT、POD 和T-SOD等抗氧化酶系統(tǒng)，起到保護(hù)細(xì)胞免受傷害的功能，當(dāng)植物受到高溫、干旱、鹽堿等環(huán)境脅迫等逆境條件下，體內(nèi)保護(hù)酶系統(tǒng)會被激活，這些保護(hù)酶的活性增強(qiáng)[16]。逆境下，植物體內(nèi)過氧化氫會發(fā)生累積，過氧化氫可以氧化細(xì)胞內(nèi)一些大分子物質(zhì)，能使植物細(xì)胞膜受到傷害，CAT能分解去除過氧化氫，因此植物體內(nèi)的CAT的活性與植物的耐受性存在著密切的相關(guān)性。實(shí)驗(yàn)測得實(shí)驗(yàn)前后6種植物CAT活性都在增加，從變化率來看，長壽花最大，其次是常春藤，接著是綠蘿、綠葉吊蘭和蘆薈，最小的是虎尾蘭。POD是含有金屬鐵的一種蛋白質(zhì)，其活性可以反應(yīng)一定時間內(nèi)植物體內(nèi)代謝活動的變化，植物在不良環(huán)境脅迫后，POD活性往往隨逆境強(qiáng)調(diào)的變化呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢[14]，實(shí)驗(yàn)中各被試植物的實(shí)驗(yàn)前后的過氧化物酶活性都有上升的趨勢，但變化率存在較大的差異，按其變化率對6種植物的耐受力強(qiáng)弱排序依次為:長壽花、虎尾蘭、綠葉吊蘭、蘆薈、綠蘿和常春藤。所有被試植物的過氧化物酶活性在甲醛脅迫下都并沒有表現(xiàn)出先增大后減小的趨勢，可能是由于筆者模擬實(shí)驗(yàn)的甲醛熏氣時間較短，各植物對甲醛的吸收程度并沒有達(dá)到各植物最大承受范圍?？偝趸锲缁窽-SOD是生物體內(nèi)存在的一種含金屬的蛋白酶，它能和POD共同作用，抵制一些物質(zhì)對細(xì)胞膜的的傷害[17]，各試驗(yàn)植物T-SOD活性均在升高，上升幅度大致相同，上升率均較小，且各植物間上升率差異也較小。

筆者實(shí)驗(yàn)各種植物在實(shí)驗(yàn)前后葉綠素含量的變化上呈現(xiàn)出不同結(jié)果，1種植物有的變大，5種植物變少，同時驗(yàn)證了植物葉片的 SPAD 值在一定程度上反應(yīng)了植物體內(nèi)葉綠素含量的相對變化[14]，但是可從大部分植物變少的降低率大小來看，蘆薈下降率最小；接著依次是常春藤、綠蘿、虎尾蘭和長壽花；綠葉吊蘭SPAD值是上升的趨勢，可能是由于筆者實(shí)驗(yàn)的甲醛濃度沒有達(dá)到綠葉吊蘭的最大耐受范圍；實(shí)驗(yàn)前后綠蘿葉片少部分變黃、蘆薈葉邊有硬傷和綠葉吊蘭葉梢略焦，其他植物無明顯變化的受損狀況，可以結(jié)合各植物SPAD的變化率說明常春藤、虎尾蘭和長壽花耐受力較好。

植物器官衰老或在逆境條件下遭受傷害往往發(fā)生膜脂過氧化作用，是膜脂質(zhì)過氧化的產(chǎn)物，其含量積累的多少可以作為植物遭受逆境傷害程度的指標(biāo)本實(shí)驗(yàn)[18]，筆者實(shí)驗(yàn)各植物的實(shí)驗(yàn)前后丙二醛的含量都明顯變大，且各植物變化率差異也較明顯，反應(yīng)出了耐受力最強(qiáng)的是常春藤，接著依次為綠蘿、蘆薈、長壽花和虎尾蘭，最差的是綠葉吊蘭。

筆者試驗(yàn)6項(xiàng)生理指標(biāo)測定結(jié)果顯示出各生理指標(biāo)均在不同程度上反應(yīng)出植物的耐受力的大小，如表3為6種植物的6項(xiàng)生理指標(biāo)所反應(yīng)出耐受力大小的比重統(tǒng)計(jì)進(jìn)行的綜合排序。

綜上，6種試驗(yàn)植物均可用于去除凈化室內(nèi)甲醛。它們均具有吸收凈化甲醛的能力，吸收效果表現(xiàn)為在各植物在通入甲醛12 h后甲醛的含量均在降低，其中常春藤最佳，綠葉吊蘭和虎尾蘭次之，綠蘿和蘆薈再次之，長壽花最弱。6種植物在甲醛脅迫下均表現(xiàn)出一定的耐受性，表現(xiàn)為通入甲醛12 h后的生理指標(biāo)測定結(jié)果顯示出：蘆薈耐受力較強(qiáng)，其次是虎尾蘭、長壽花和綠葉吊蘭，接著是常春藤，最弱的是綠蘿。因此，就筆者試驗(yàn)的6種植物而言，在室內(nèi)植物篩選時，若要在短期內(nèi)達(dá)到改善空氣的目的，可優(yōu)先選擇常春藤；若為了達(dá)到長期凈化空氣的目的，可優(yōu)先選擇耐受力較強(qiáng)的蘆薈。