甲醛對室內(nèi)耐陰觀葉植物丙二醛的影響

魯敏張晴晴高慶宇姚思遠景榮榮

(1.山東建筑大學(xué)風(fēng)景園林科學(xué)研究中心，山東 濟南 250101；2.山東建筑大學(xué)藝術(shù)學(xué)院，山東 濟南 250101；3.濟南市歷城區(qū)全福街道辦事處，山東 濟南 250101)

0 引言

隨著人們生活水平的提高，室內(nèi)裝飾越來越受到青睞。 然而，裝飾裝修材料在滿足人們審美需求的同時，也將化學(xué)污染物帶入其中，導(dǎo)致室內(nèi)污染問題日益凸顯，嚴重危害公眾生命健康[1－2]。 甲醛是一種高容量的毒性物質(zhì)，具有強刺激作用，其釋放周期長、危害性持久，被稱為室內(nèi)化學(xué)污染的頭號“殺手”[3－4]。 其可以通過呼吸系統(tǒng)進入人體，引起功能障礙；刺激中樞神經(jīng)和重要免疫系統(tǒng)，導(dǎo)致神經(jīng)麻痹、免疫力下降；過量攝入還會引發(fā)基因毒性，并致畸、致癌，嚴重威脅了人類的生命安全及污染環(huán)境[4－6]。

植物具有固碳釋氧、殺菌保健的功能，且對室內(nèi)化學(xué)污染有著極強的吸收凈化能力[7]。 耐陰觀葉植物作為室內(nèi)觀賞應(yīng)用較多的植物類型，其造型優(yōu)美、觀賞性強，也具有較高的凈化吸滯能力，選擇抗污、吸污能力強的耐陰觀葉植物修復(fù)室內(nèi)生態(tài)，已成為治理室內(nèi)甲醛等污染的重要途徑[8－11]。 然而，植物對室內(nèi)化學(xué)污染抗性的強弱是決定其在污染環(huán)境中能否正常生長發(fā)育并持續(xù)吸收和凈化污染物的前提和基礎(chǔ)[9，12－13]。 因此，研究甲醛脅迫下室內(nèi)耐陰觀葉植物的受害程度，對污染環(huán)境下植物正常生長發(fā)育及高效防治室內(nèi)甲醛污染至關(guān)重要。

正常狀態(tài)下，植物細胞有氧代謝產(chǎn)生的活性氧(Reactive Oxygen Species，ROS)類物質(zhì)與抗氧化防御系統(tǒng)對其的清除作用處于氧化還原的動態(tài)平衡[14]。 當植物受到污染脅迫時，其體內(nèi)多種代謝途徑受阻，從而產(chǎn)生大量的ROS，打破了植物體內(nèi)平衡[15－18]。 過剩的ROS 會攻擊細胞膜系統(tǒng)，從而導(dǎo)致膜脂中的多不飽和脂肪酸(Poly Unsaurated Fatty Acids，PUFAs)被氧化，而形成丙二醛[19－21]。 丙二醛與堿基進行加成反應(yīng)會使堿基變性，引起生物大分子(蛋白質(zhì)、核酸等)交聯(lián)聚合，從而破壞生物膜的結(jié)構(gòu)與功能，進而影響植物體一系列正常的生理生化反應(yīng)[22－24]。 甲醛污染下，植物能夠通過自身抗氧化防御機制的調(diào)節(jié)作用抵抗甲醛脅迫，其抗性越強，細胞膜過氧化程度越低，丙二醛質(zhì)量摩爾濃度變化就越小。 因此，植物體內(nèi)丙二醛質(zhì)量摩爾濃度的高、低能夠反映細胞膜質(zhì)過氧化水平及受損程度，從而間接反映植物抗性，常作為衡量其耐脅迫能力的重要指標，丙二醛質(zhì)量摩爾濃度越高，植物受損程度越大[25－27]。

目前，國內(nèi)外相關(guān)研究多集中在甲醛污染對植物葉綠素(Chlorophyll，Chl)質(zhì)量分數(shù)、過氧化物酶(Peroxidase，POD)、過氧化氫酶(Catalase，CAT)和超氧化物歧化酶(Superoxide Dismutase，SOD)等抗氧化酶活性的影響，甲醛污染脅迫對植物體內(nèi)丙二醛質(zhì)量摩爾濃度變化的研究少見報道，僅存在于苯及其與甲醛復(fù)合污染脅迫研究中[9－10，28－29]。

文章選用7 種常見的室內(nèi)耐陰觀葉植物為對象，通過3 次重復(fù)的隨機區(qū)組試驗設(shè)計，研究了3 種不同質(zhì)量濃度甲醛脅迫對供試植物體內(nèi)丙二醛質(zhì)量摩爾濃度變化的影響，分析了供試植物對甲醛污染的抗性能力，為篩選室內(nèi)甲醛污染下正常生長發(fā)育的植物提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料由山東濟南花木聯(lián)合開發(fā)公司提供。選擇長勢良好，且植物株型、花盆規(guī)格、栽培基質(zhì)等完全一致，并于試驗開始前一周進行實驗室馴化。供試植物材料如下:

竹柏(Podocarpus nagi)，羅漢松科竹柏屬常綠植物，別名為欏樹、羅漢柴、椰樹等。 其喜溫暖濕潤環(huán)境，可耐陰且造型優(yōu)美，具有抗污驅(qū)蟲、凈化空氣等功效，是我國和日本特有的耐陰觀葉植物[29]。

金鉆蔓綠絨(Philodendron congo)，天南星科喜林芋屬觀葉花卉，別名為金鉆。 喜半陰環(huán)境，氣生根發(fā)達、葉柄粗壯，可吸收一氧化氮(NO)、氨氣(NH3)、二氧化硫(SO2)等多種有毒氣體，常作為室內(nèi)耐陰觀葉植物[30]。

不夜城蘆薈(Aloe nobilis)，百合科蘆薈屬多年生肉質(zhì)草本植物，別名為高尚蘆薈、不夜城、大翠盤。其葉片狹長披針狀，耐旱、耐鹽堿能力較強，具一定藥用價值[31]。

黑葉觀音蓮(Alocasia amazonica)，天南星科海芋屬多年生草本植物，別名為黑葉芋、美葉芋。 其葉形別致、葉色濃綠，具有抗污吸污、吸塵滯塵等功效，可作為室內(nèi)常見耐陰觀葉植物[32]。

紅網(wǎng)紋草(Fittonia verschaffeltii)，爵床科網(wǎng)紋草屬多年生草本植物，別名為費麗草。 其網(wǎng)脈紅色密布葉面，喜高濕、半陰環(huán)境，葉脈清晰，株型別致，常作為室內(nèi)小型觀葉盆栽植物[33]。

白網(wǎng)紋草(Fittonia verschaffelttivar.minima)，爵床科網(wǎng)紋草屬多年生常綠草本植物。 其網(wǎng)脈白色，喜高濕、半陰環(huán)境，分枝密集，株型健美，在室內(nèi)陰暗環(huán)境中生長良好，適宜室內(nèi)美化、綠化[33]。

粉網(wǎng)紋草(Fittonia verschaffeltii‘ Flaming Fire’)，爵床科網(wǎng)紋草屬多年生草本植物。 其株型小巧，葉脈紋理均勻，常布置于書房、客廳等，亦可作吊掛裝飾[6]。

1.2 試驗設(shè)計

試驗在山東建筑大學(xué)省級環(huán)境實驗中心進行。

參考WOLVERTON 等[34]的方法，在設(shè)計材料厚度約為8.0 mm、邊長為0.8 m 的玻璃立體熏氣箱進行密閉熏氣試驗。 為減少箱外因素干擾，箱體四周均用酸性硅酮密封膠涂抹，并用凡士林試劑密封。箱內(nèi)配備小風(fēng)扇(220 V、80 W)，以使甲醛溶液快速揮發(fā)，設(shè)置干濕溫度計，密切監(jiān)測并隨時記錄溫、濕度變化情況，控制溫度、相對濕度分別為(25±0.5)℃和60%，保證熏氣箱內(nèi)環(huán)境基本一致。

采用3 次重復(fù)的隨機區(qū)組試驗設(shè)計。 根據(jù)前期研究[6]發(fā)現(xiàn)，耐陰觀葉植物在國家標準室內(nèi)甲醛質(zhì)量濃度(0.1 mg/m3)的30(3.0 mg/m3)、60(6.0 mg/m3)、90 倍(9.0 mg/m3)的污染脅迫下，ROS 產(chǎn)生速率變化顯著，設(shè)置3 種甲醛質(zhì)量濃度M1、M2、M3 分別為3.0、6.0、9.0 mg/m3[6]。 為確保精準度，試驗前將植物試材的盆土用聚乙烯薄膜包扎密封，露出植物(以避免土壤吸收甲醛)并做好標記，放入密閉熏氣箱內(nèi)適應(yīng)1 周后進行熏氣處理。 試驗共設(shè)3 個處理，0 號熏氣箱為空白對照(Control Check，CK)，放入1 盆供試植物，不做熏氣處理；1~3 號熏氣箱內(nèi)各放1 盆同種供試植物，分別熏氣24 h，重復(fù)3 次，取3 份長勢良好、無病蟲害、位置相對一致的葉片，用蒸餾水洗凈晾干，測定并計算7 種供試植物的丙二醛質(zhì)量摩爾濃度。

1.3 丙二醛質(zhì)量摩爾濃度測定

1.3.1 提取、制備粗酶液

待熏氣處理結(jié)束后，從每株供試植物頂部、中部、下部的不同方位隨機剪取3 份足夠數(shù)量、完全伸展的葉片組成混合葉群，用蒸餾水洗凈表面、擦干并剪碎，各取1.0 g 碎葉置于研缽內(nèi)。 量取10 mL l0%的三氯乙酸(Trichloroacetic Acid，TCA)溶液，少量多次加入研缽中，將鮮樣葉片充分研磨至勻漿，后提取至離心管，并于轉(zhuǎn)速4 000 r/min 的TGL－20M 臺式高速冷凍離心機中離心10 min，得到樣品離心上清液(粗酶液)。

1.3.2 樣品比色測定

采用硫代巴比妥酸比色法[35]。 選取外徑15 mm、長度150 mm試管4 支，分別編號0~3 號，其中0 號為CK，0 號試管中加入2.0 mL 蒸餾水和2.0 mL、0.6%的硫代巴比妥酸(Thiobarbituric Acid，TBA)溶液；1~3 號試管中各加入2.0 mL 分別經(jīng)M1、M2、M3 處理植株的粗酶液和2.0 mL 的TBA 溶液。 4 支試管搖勻并置于沸水浴反應(yīng)10 min，迅速冷卻后吸取混合液于轉(zhuǎn)速3 000 r/min 的冷凍離心機中離心15 min 得最終上清液，測定并記錄上清液在450、532 和600 nm 波長下的吸光光度值。

丙二醛質(zhì)量摩爾濃度G由式(1)表示為

式中C＝6.45(A532－A600)－0.56A450，μmol/L；A450、A532、A600分別為450、532、600 nm 波長下的吸光光度值；VT為待測溶液的總體積，mL；V1為反應(yīng)后混合液的體積，mL；W為葉片重量，g；V2為與TBA 反應(yīng)的溶液體積，mL。

1.4 統(tǒng)計分析方法

利用電子表格(Microsoft Excel)2010 和統(tǒng)計產(chǎn)品與服務(wù)解決方案(Statistical Product and Service Solutions，SPSS )26.0 進行一般線性模型中的雙因素方差分析，通過最小顯著差檢驗(Least Significant Difference，LSD)和新復(fù)極差法進行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 甲醛污染對供試植物丙二醛質(zhì)量摩爾濃度的影響

7 種室內(nèi)耐陰觀葉植物在M1、M2、M3 等3 種甲醛質(zhì)量濃度梯度下熏氣24 h 后，其體內(nèi)的丙二醛質(zhì)量摩爾濃度變化如圖1 所示。 其中，大寫字母A~Z表示不同脅迫質(zhì)量濃度下同種植物間的顯著性差異(0.01

圖1 甲醛脅迫下7 種供試植物丙二醛質(zhì)量摩爾濃度變化圖

由圖1 可知，與CK 相比，供試植物受M1、M2、M3 質(zhì)量濃度的甲醛脅迫24 h 后，其體內(nèi)丙二醛質(zhì)量摩爾濃度均呈上升趨勢；7 種供試植物丙二醛質(zhì)量摩爾濃度變化率均呈上升趨勢，且不同植物變化率之間存在較大差異；當注入甲醛質(zhì)量濃度為M3時，與CK 相比，丙二醛質(zhì)量摩爾濃度上升幅度均達最大值，其中紅網(wǎng)紋草的丙二醛質(zhì)量摩爾濃度上升幅度最大為111.57%，其次為粉網(wǎng)紋草，其上升幅度為104.67%，竹柏、黑葉觀音蓮、白網(wǎng)紋草的上升幅度大致相近，分別為90.57%、92.86%、91.01%，金鉆蔓綠絨和不夜城蘆薈的上升幅度大致相近，分別為80.56%和80.31%。 以植物種類和甲醛脅迫質(zhì)量濃度為試驗自變量，雙因素方差分析7 種供試植物丙二醛質(zhì)量摩爾濃度，結(jié)果表明，相對植物種類而言，甲醛質(zhì)量濃度對7 種供試植物丙二醛質(zhì)量摩爾濃度的影響更為顯著，因此分析不同質(zhì)量濃度下植物丙二醛質(zhì)量摩爾濃度變化率的差異顯著性，以判定甲醛脅迫下不同植物丙二醛質(zhì)量摩爾濃度的種間差異。

2.2 甲醛污染對供試植物丙二醛質(zhì)量摩爾濃度影響的種間差異

在M1、M2、M3 等3 種質(zhì)量濃度的甲醛脅迫處理下，不同植物種類對供試植物丙二醛質(zhì)量摩爾濃度變化率有極顯著影響，單一質(zhì)量濃度甲醛污染脅迫下，相比于CK，7 種供試植物的丙二醛質(zhì)量摩爾濃度均呈上升趨勢，且不同植物間的丙二醛質(zhì)量摩爾濃度變化率差異顯著性不同(如圖1 所示)。

由圖1 可知，經(jīng)M1 質(zhì)量濃度的甲醛脅迫處理后，竹柏與白網(wǎng)紋草、金鉆蔓綠絨、不夜城蘆薈、黑葉觀音蓮、紅網(wǎng)紋草、粉網(wǎng)紋草之間的丙二醛質(zhì)量摩爾濃度變化率具有極顯著差異；白網(wǎng)紋草與不夜城蘆薈、紅網(wǎng)紋草、粉網(wǎng)紋草之間的丙二醛質(zhì)量摩爾濃度變化率具有極顯著差異，與金鉆蔓綠絨之間的變化率具有顯著差異；不夜城蘆薈與金鉆蔓綠絨、黑葉觀音蓮、紅網(wǎng)紋草、白網(wǎng)紋草之間的變化率具有極顯著差異；紅網(wǎng)紋草、白網(wǎng)紋草體內(nèi)丙二醛質(zhì)量摩爾濃度變化率均與金鉆蔓綠絨、黑葉觀音蓮之間具有極顯著差異；其他供試植物之間無顯著性差異。 經(jīng)M2質(zhì)量濃度的甲醛密閉熏氣處理后，白網(wǎng)紋草與金鉆蔓綠絨之間的丙二醛質(zhì)量摩爾濃度變化率無顯著性差異；紅網(wǎng)紋草與金鉆蔓綠絨、粉網(wǎng)紋草之間的變化率具有顯著差異；其他供試植物之間的丙二醛質(zhì)量摩爾濃度變化率均具有極顯著差異。 經(jīng)M3 質(zhì)量濃度的甲醛密閉熏氣處理后，黑葉觀音蓮與竹柏之間的丙二醛質(zhì)量摩爾濃度變化率具有較顯著差異；白網(wǎng)紋草與竹柏、黑葉觀音蓮之間的變化率無顯著性差異；金鉆蔓綠絨與不夜城蘆薈之間的變化率無顯著性差異；其他供試植物之間均具有極顯著差異。

在M1 質(zhì)量濃度下，粉網(wǎng)紋草的變化率(43.69%)最大，受甲醛影響最大，說明其對甲醛脅迫的敏感程度較高；紅網(wǎng)紋草的變化率(42.78%)次之，受甲醛影響較大； 不夜城蘆薈的變化率(20.97%)最小，受甲醛影響最小，說明其對甲醛脅迫處理較不敏感，耐受性稍強。 根據(jù)M1 質(zhì)量濃度甲醛脅迫下供試植物丙二醛質(zhì)量摩爾濃度變化率多重比較結(jié)果(如圖1 所示)，綜合排序7 種供試植物受損程度可得:粉網(wǎng)紋草>紅網(wǎng)紋草>白網(wǎng)紋草>黑葉觀音蓮>金鉆蔓綠絨>竹柏>不夜城蘆薈。

在M2 質(zhì)量濃度下，粉網(wǎng)紋草的變化率(63.15%)最大，受甲醛影響最大；紅網(wǎng)紋草的變化率(59.31%)次之，受甲醛影響較大；不夜城蘆薈的變化率(35.28%)最小，受甲醛影響最小。 根據(jù)M2質(zhì)量濃度甲醛脅迫下供試植物丙二醛質(zhì)量摩爾濃度變化率多重比較結(jié)果(如圖1 所示)，綜合排序7 種供試植物受損程度可得:粉網(wǎng)紋草>紅網(wǎng)紋草>金鉆蔓綠絨>白網(wǎng)紋草>黑葉觀音蓮>竹柏>不夜城蘆薈。

在M3 質(zhì)量濃度下，紅網(wǎng)紋草的變化率(111.57%)最大，受甲醛影響最大；粉網(wǎng)紋草的變化率(104.67%)次之，受甲醛影響較大；不夜城蘆薈的變化率(80.31%)最小，受甲醛影響最小。 根據(jù)M3質(zhì)量濃度甲醛脅迫下供試植物丙二醛質(zhì)量摩爾濃度變化率多重比較結(jié)果(如圖1 所示)，綜合排序7 種供試植物抗性可得:紅網(wǎng)紋草>粉網(wǎng)紋草>黑葉觀音蓮>白網(wǎng)紋草>竹柏>金鉆蔓綠絨>不夜城蘆薈。

綜合3 種質(zhì)量濃度甲醛污染脅迫下7 種植物丙二醛質(zhì)量摩爾濃度變化情況，對供試植物受損程度進行綜合排序可得:白網(wǎng)紋草>紅網(wǎng)紋草>粉網(wǎng)紋草>黑葉觀音蓮>金鉆蔓綠絨>竹柏>不夜城蘆薈。

脅迫條件下植物質(zhì)膜透性增大，膜傷害程度增加，丙二醛質(zhì)量摩爾濃度上升，且脅迫質(zhì)量濃度越高，植物受損越嚴重。 試驗中甲醛脅迫下供試植物的丙二醛質(zhì)量摩爾濃度均呈上升趨勢，與前期研究所得結(jié)論基本一致[9－10]。 李翠芬等[18]發(fā)現(xiàn)，單一質(zhì)量濃度甲醛脅迫下4 種盆栽植物丙二醛質(zhì)量摩爾濃度均隨脅迫時間增加而增加，而文章僅測定了7 種耐陰觀葉植物在不同甲醛質(zhì)量濃度脅迫24 h 后的丙二醛質(zhì)量摩爾濃度，至于不同質(zhì)量濃度下甲醛脅迫時間對植物丙二醛的影響有待于進一步研究。

隨甲醛脅迫質(zhì)量濃度的升高，竹柏、金鉆蔓綠絨、不夜城蘆薈、黑葉觀音蓮的丙二醛質(zhì)量摩爾濃度上升幅度較其他植物減小，可能是植物受到脅迫時，其細胞內(nèi)保護酶系統(tǒng)被激活，從而進行自由基的清除，抑制丙二醛產(chǎn)生；已產(chǎn)生的丙二醛和細胞中蛋白質(zhì)、酶等物質(zhì)交聯(lián)聚合共同作用，以致丙二醛質(zhì)量摩爾濃度相對減少[16，21－22]。 孫慧群等[28]通過分析甲醛處理下蠶豆葉片抗氧化酶活性可知，短時間的脅迫誘導(dǎo)葉片抗氧化防御機制應(yīng)激性加強，亦可解釋文章試驗所得結(jié)果。

何香等[23]研究發(fā)現(xiàn)不同杜鵑花品種在逆境下其體內(nèi)丙二醛質(zhì)量摩爾濃度的變化都有不同程度的增加，且不同品種間存在顯著差異，同時不同試驗植物對不同質(zhì)量濃度的甲醛脅迫反應(yīng)存在一定差異。產(chǎn)生這一結(jié)果的原因可能與供試植物葉片形態(tài)、細胞結(jié)構(gòu)存在一定差異有關(guān)，不夜城蘆薈葉片肉質(zhì)，細胞結(jié)構(gòu)不易被破壞，而網(wǎng)紋草細胞壁相對較薄，受害更明顯。

逆境脅迫下膜脂過氧化會造成細胞膜系統(tǒng)損傷使植物受損[21]。 丙二醛作為膜脂過氧化的最終產(chǎn)物，能在一定程度上反映細胞膜結(jié)構(gòu)的完整性，與植物抗性密切相關(guān)[25]。 CAMPOS 等[26]亦認為可利用丙二醛質(zhì)量摩爾濃度的高低來反映細胞膜受損程度及植物抗性。 前期研究發(fā)現(xiàn)，在室內(nèi)化學(xué)污染脅迫下，植物通過有效增加體內(nèi)POD、抗壞血酸過氧化物酶(Aseorbate Peroxidase，APX)等抗氧化酶活性，維持ROS 代謝平衡，減少丙二醛累積，緩解污染對植物造成的氧化脅迫，增強其抗性[7，9，12]。 當累積的ROS 處于抗氧化酶清除能力范圍內(nèi)時，丙二醛質(zhì)量摩爾濃度相對穩(wěn)定，細胞膜可維持正常結(jié)構(gòu)，而隨脅迫質(zhì)量濃度的增加，植物體內(nèi)ROS 累積一旦超過抗氧化酶的清除能力，細胞膜會發(fā)生過氧化反應(yīng)，導(dǎo)致丙二醛質(zhì)量摩爾濃度增加[24]。 因此，丙二醛質(zhì)量摩爾濃度上升幅度的大小順序與植物抗性強弱的排序相反，丙二醛質(zhì)量摩爾濃度上升幅度越小表明抗氧化酶活性越強，其抗性越強，與WANG 等[36]的研究結(jié)果一致。 文章僅探索了甲醛脅迫下室內(nèi)耐陰觀葉植物丙二醛質(zhì)量摩爾濃度變化，至于甲醛污染脅迫下植物抗性的綜合評定以及植物對甲醛的吸收凈化能力有待進一步研究。

3 結(jié)論

通過上述研究可知:

(1) 在M1、M2、M3 等3 種不同質(zhì)量濃度甲醛污染的影響下，7 種室內(nèi)耐陰觀葉植物體內(nèi)的丙二醛質(zhì)量摩爾濃度均隨甲醛質(zhì)量濃度的升高呈上升趨勢，其中不夜城蘆薈丙二醛質(zhì)量摩爾濃度變化率最小，分別為20.97%、35.28%、80.31%，體現(xiàn)抗性最強；在M1、M2 質(zhì)量濃度甲醛污染的影響下，粉網(wǎng)紋草丙二醛質(zhì)量摩爾濃度變化率最大，其值分別為43.69%、63.15%，體現(xiàn)抗性最弱；在M3 質(zhì)量濃度甲醛污染的影響下，紅網(wǎng)紋草丙二醛質(zhì)量摩爾濃度變化率最大，其值為111.57%，體現(xiàn)抗性最弱。

(2) 根據(jù)M1、M2、M3 等3 種甲醛質(zhì)量濃度影響下供試植物丙二醛質(zhì)量摩爾濃度的上升幅度，分析其抗性可得7 種室內(nèi)耐陰觀葉植物的抗性排序為不夜城蘆薈>竹柏>金鉆蔓綠絨>黑葉觀音蓮>粉網(wǎng)紋草>紅網(wǎng)紋草>白網(wǎng)紋草。