柏夢焱，朱瓊潔，趙澤清，李亞茹，孔令芳

（大理大學農學與生物科學學院，云南大理 671003）

大理蒼山5種野生植物對甲醛凈化能力比較研究

柏夢焱，朱瓊潔，趙澤清，李亞茹，孔令芳*

（大理大學農學與生物科學學院，云南大理 671003）

在密閉條件下采用熏氣法模擬居室裝修后的甲醛污染環(huán)境，設置1、2和3 mg∕m33種甲醛濃度對大理蒼山5種野生植物進行甲醛熏氣處理，以24 h后植物單位葉面積吸收甲醛量作為對甲醛凈化能力的評價指標，同時測定甲醛脅迫后葉綠素等生理生化指標來評價其對甲醛耐受能力的大小。主要結論如下：（1）被測植物在一定程度上均可以有效吸收甲醛，3種甲醛處理濃度下單位葉面積的甲醛吸收量均為大理垂頭菊（Cremanthodium delavayi）和巖白菜（Bergenia purpurascens）較優(yōu)于吉祥草（Reineckia carnea）、裸花水竹葉（Murdannia nudiflora）和早花象牙參（Roscoea cautleoides）；（2）不同植物在甲醛熏氣后生理生化指標表現(xiàn)出不同程度的的變化，綜合分析結果表明大理垂頭菊和巖白菜對甲醛的凈化能力和耐受性較好；（3）野生植物在凈化甲醛氣體方面存在巨大潛力。

野生植物；甲醛氣體；凈化能力；耐受性

當今時代，隨著經(jīng)濟的高度發(fā)展，人們對生活質量的要求不斷提高，裝修熱潮也隨之來臨。然而由裝修造成的室內空氣污染給人們的身體健康帶來了極大影響。有關調查顯示，人的一生約有70%～90%的時間是在室內度過〔1〕。室內空氣污染已成為繼大氣、水體、固體廢棄物、噪聲等四大污染之后的第5大污染〔2〕。調查發(fā)現(xiàn)，甲醛是室內空氣的主要污染物之一，主要存在于裝修材料和建筑材料中，揮發(fā)期長達數(shù)十年〔3〕。長時間吸入甲醛會導致惡心嘔吐、刺眼流淚、誘發(fā)鼻腔癌、皮膚癌和白血病等疾病，已經(jīng)被國際癌癥研究機構（IARC）列為第1類致癌物質〔4〕。

鑒于甲醛對人體健康的巨大危害，治理居室甲醛污染已成為廣泛關注環(huán)境問題。目前居室甲醛污染常用的治理方式以物理方法和化學方法為主，但也有研究表明植物對居室空氣甲醛污染也具有一定的消除作用，且植物還可起釋氧固碳、降溫增濕、減少輻射污染等作用，因而用植物治理居室甲醛污染已經(jīng)成當今的熱點之一〔5〕。國際上利用植物凈化居室甲醛氣體污染的研究最早開始于20世紀80年代初美國航天局（NASA）的Wolverton等人〔6-8〕。近些年國內外關于觀賞植物對甲醛氣體凈化方面研究較多，但所研究的植物種類不多，國外較多的僅30多種〔7〕，國內最多的才60多種〔9〕，且多是選擇綠蘿、吊蘭、常春藤等〔2〕園藝市場上常見的觀賞植物進行研究〔10〕，而利用野生植物凈化甲醛氣體的研究尚未見報道。因此有必要繼續(xù)尋找凈化甲醛氣體的專用植物。

云南大理蒼山有著極其豐富的野生植物資源，其中種子植物164科，852屬，2 503種〔11〕，存在大量潛在可應用于凈化居室空氣污染的植物種類。本文以大理蒼山5種觀賞價值較高、可引種馴化用于室內栽培的野生植物為研究材料，采用目前常用的密閉熏氣法進行甲醛熏氣處理，監(jiān)測葉綠素含量、脯氨酸含量、丙二醛含量和過氧化物酶活性〔3〕等可以指示甲醛脅迫的植物生理指標，然后在此基礎上綜合分析這5種植物對甲醛的吸收效果和對甲醛氣體的耐受性，從中篩選對甲醛吸收效果較好及耐受性較強的植物。本研究對尋找凈化甲醛專用植物，補充當前國內園藝市場中用于凈化室內空氣的專用植物種類具有現(xiàn)實意義。

1 材料和方法

1.1供試材料試驗材料為5種采集于大理蒼山的野生草本花卉植物，置于實驗室中進行4個月養(yǎng)護管理，使其適應實驗室環(huán)境。試驗時每種植物選擇長勢良好、整齊一致的植株4株，其中3株用于3個不同濃度的甲醛熏氣試驗，另一株作為空白對照置于沒有甲醛氣體的封閉艙內，試驗進行3次重復。見表1。

表1 試驗材料簡介

1.2試驗方法參照文獻〔6〕的封閉艙，用厚度8 mm的普通玻璃制成4個規(guī)格為0.4 m×0.4 m×0.7 m的封閉艙，方法略有改動，即頂部玻璃可自由開閉并留有5 cm×10 cm長方形孔，用于儀器探頭進入，長方形孔用略大的同材質玻璃封蓋，頂部縫隙均用雙面泡沫膠和凡士林密封。每個封閉艙內放入同種植物一盆，為減少盆器和栽培基質的影響，盆器和基質均用PE膜緊密包裹，期間控制封閉艙內的溫度為20～25℃之間。

1.3甲醛濃度測定及試驗材料處理采用阿格瑞斯WP6100甲醛測試儀測定封閉艙內甲醛濃度。通過預實驗可知，使用移液槍分別注入1、2、3 μL 36%～40%的甲醛溶液，待其完全揮發(fā)后可使最終濃度達到（1±0.1）、（2±0.1）、（3±0.1）mg∕m3，分別為國際安全標準（0.08 mg∕m3）的12.5倍、25.0倍、37.5倍。在封閉艙內放入植物材料，并從預留的長方形孔處注入甲醛溶液后進行密封，待甲醛溶液揮發(fā)1 h即可完全揮發(fā)，以此時密閉艙內甲醛氣體濃度作為初始濃度，24 h后的甲醛濃度為最終濃度，并取出植物材料〔3〕。將植物葉片全部剪除，采用數(shù)碼相機和Photoshop軟件測定植物葉面積〔12〕，植物材料的甲醛吸收量用最終濃度和最初濃度的差值表示，并用未放植物的空白封閉艙內甲醛濃度變化進行校正。之后采集生長良好、沒有病蟲害的葉片測定其葉綠素含量、脯氨酸含量、丙二醛含量和過氧化物酶活性4個生理指標。

1.4生理指標測定方法參照王學奎〔13〕方法，葉綠素含量（Chla+Chlb）的測定采用95%乙醇浸提法；脯氨酸含量的測定采用磺基水楊酸法；丙二醛（MDA）含量的測定采用硫代巴比妥酸法；過氧化物酶（POD）活性的測定采用愈創(chuàng)木酚法，以每分鐘增加0.01個A值所需的酶量為1個活性單位（U）。以上生理指標每項重復測定3次。

1.5數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析試驗數(shù)據(jù)使用軟件SPSS 21.0進行單因素方差分析。

2 結果

2.1 5種植物材料對甲醛氣體的凈化效果的比較5種植物材料對甲醛均有一定的凈化效果，甲醛濃度為1mg∕m3時5種野生植物的凈化效果排序從大到小依次為：大理垂頭菊（4.58 mg∕m2）＞巖白菜（2.98 mg∕m2）＞吉祥草（1.24 mg∕m2）＞裸花水竹葉（1.01 mg∕m2）＞早花象牙參（0.85 mg∕m2）；甲醛濃度為2 mg∕m3時5種野生植物的凈化效果排序從大到小依次為：大理垂頭菊（8.16 mg∕m2）＞巖白菜（6.10 mg∕m2）＞吉祥草（3.32 mg∕m2）＞裸花水竹葉（2.24 mg∕m2）＞早花象牙參（1.20 mg∕m2）；甲醛濃度為3 mg∕m3時5種野生植物的凈化效果排序從大到小依次為：巖白菜（11.46 mg∕m2）＞大理垂頭菊（11.42 mg∕m2）＞吉祥草（5.70 mg∕m2）＞裸花水竹葉（2.21 mg∕m2）＞早花象牙參（1.77 mg∕m2）。

2.2甲醛處理對植物材料生理生化指標的影響

2.2.1 葉綠素含量的變化 隨著甲醛熏氣處理濃度的變化，各植物出現(xiàn)略有不同的變化趨勢。吉祥草和巖白菜隨甲醛熏氣處理濃度的升高，葉綠素含量呈下降趨勢，其中吉祥草在甲醛熏氣處理濃度達到2 mg∕m3和3 mg∕m3時葉綠素含量極顯著低于對照組（P＜0.01）；巖白菜在甲醛熏氣處理濃度達到3 mg∕m3時葉綠素含量極顯著低于對照組（P＜0.01）。大理垂頭菊和裸花水竹葉隨甲醛熏氣處理濃度的升高，葉綠素含量呈先升高后降低的趨勢；其中大理垂頭菊葉綠素含量在1 mg∕m3時極顯著高于對照組（P＜0.01），在3 mg∕m3時又極顯著低于對照組（P＜0.01），裸花水竹葉葉綠素含量在3個處理濃度下均顯著高于對照組（P＜0.05），但在3 mg∕m3與2 mg∕m3處理間差異不顯著。早花象牙參葉綠素含量隨甲醛熏氣處理濃度的升高略有升高或降低的趨勢，但與對照之間差異不顯著。見圖1。

圖1 不同濃度甲醛脅迫下植物葉綠素含量的變化

在同種甲醛處理濃度下，5種植物也表現(xiàn)出不同的趨勢。未受甲醛脅迫情況下葉綠素含量變化為：吉祥草＞大理垂頭菊＞巖白菜＞早花象牙參＞裸花水竹葉；而在1 mg∕m3濃度甲醛脅迫下早花象牙參的葉綠素含量超過巖白菜；在2 mg∕m3甲醛脅迫下裸花水竹葉葉綠素含量超過早花象牙參，在3 mg∕m3甲醛脅迫下裸花水竹葉和早花象牙參葉綠素含量均超過巖白菜。見圖1。

2.2.2 脯氨酸含量的變化 隨著甲醛熏氣處理濃度的升高，各植物組織中脯氨酸含量呈不同程度的增長和略有降低的趨勢。大理垂頭菊和巖白菜脯氨酸含量隨甲醛熏氣處理濃度的升高增加最為顯著，在1 mg∕m3時極顯著高于對照組（P＜0.01），其中大理垂頭菊脯氨酸含量在3 mg∕m3較2 mg∕m3略有下降，單位形成顯著性差異水平；裸花水竹葉在甲醛熏氣濃度達到2 mg∕m3時顯著高于對照組（P＜0.05）；吉祥草和早花象牙參脯氨酸含量隨甲醛熏氣處理濃度的升高增加較不明顯，當甲醛熏氣處理濃度達到3 mg∕m3時顯著高于對照組（P＜0.05）。見圖2。

圖2 不同濃度甲醛脅迫下植物脯氨酸含量的變化

在未受甲醛脅迫下，5種植物脯氨酸含量變化趨勢為：吉祥草＞大理垂頭菊＞早花象牙參＞巖白菜＞裸花水竹葉；在1 mg∕m3和2 mg∕m3甲醛脅迫下，大理垂頭菊＞巖白菜＞吉祥草＞早花象牙參＞裸花水竹葉；在3mg∕m3甲醛脅迫下，吉祥草的脯氨酸含量較1mg∕m3和2 mg∕m3甲醛脅迫濃度下超過巖白菜。見圖2。

2.2.3 丙二醛含量的變化 5種野生植物組織中丙二醛的含量僅在甲醛熏氣處理組與對照組間呈顯著增多或降低的趨勢。其中大理垂頭菊和巖白菜在甲醛熏氣濃度達到3 mg∕m3時顯著高于對照組（大理垂頭菊P＜0.05，巖白菜P＜0.01）；吉祥草和裸花水竹葉在1 mg∕m3時顯著高于對照組（吉祥草P＜0.01，裸花水竹葉P＜0.05），吉祥草在甲醛熏氣濃度達到3其中大理垂頭菊和巖白菜在甲醛熏氣濃度達到3 mg∕m3時顯著高于對照組（大理垂頭菊P＜0.05，巖白菜P＜0.01）；吉祥草和裸花水竹葉在1 mg∕m3時顯著高于對照組（吉祥草P＜0.01，裸花水竹葉P＜0.05），吉祥草在甲醛熏氣濃度達到3 mg∕m3時顯著高于2 mg∕m3時丙二醛含量（P＜0.05）；早花象牙參在1 mg∕m3時顯著低于對照組（P＜0.05），顯著高于2 mg∕m3時丙二醛含量（P＜0.05）；早花象牙參在1 mg∕m3時顯著低于對照組（P＜0.05）。見圖3。

在未受甲醛脅迫下，5種植物丙二醛含量變化趨勢為：大理垂頭菊＞吉祥草＞巖白菜＞早花象牙參＞裸花水竹葉；在1 mg∕m3和2 mg∕m3甲醛脅迫下，吉祥草＞大理垂頭菊＞巖白菜＞裸花水竹葉＞早花象牙參；在3 mg∕m3甲醛脅迫下，巖白菜的丙二醛含量較1 mg∕m3和2 mg∕m3甲醛脅迫濃度下超過大理垂頭菊。見圖3。

圖3 不同濃度甲醛脅迫下植物丙二醛（MDA）含量的變化

2.2.4 過氧化物酶活性的變化 5種不同野生植物中過氧化物酶含量水平差異較大，吉祥草葉片中過氧化物酶含量較高，而巖白菜和裸花水竹葉含量較少。大理垂頭菊、巖白菜、裸花水竹葉和早花象牙參隨甲醛熏氣處理濃度的升高呈先上升后下降的趨勢，其中大理垂頭菊和巖白菜過氧化物酶含量峰值出現(xiàn)在2 mg∕m3的甲醛熏氣處理組中，而裸花水竹葉和早花象牙參過氧化物酶含量峰值出現(xiàn)在1 mg∕m3的甲醛熏氣處理組中；吉祥草葉片中過氧化物酶含量未受甲醛熏氣的影響。見圖4。

圖4 不同濃度甲醛脅迫下植物過氧化物酶（POD）含量的變化

在未受甲醛脅迫下，5種植物過氧化物酶活性變化趨勢為：吉祥草＞大理垂頭菊＞早花象牙參＞巖白菜＞裸花水竹葉；在受甲醛脅迫的3種濃度下，吉祥草＞大理垂頭菊＞早花象牙參＞裸花水竹葉＞巖白菜。見圖4。

3 討論

3.1植物對甲醛的耐受能力與生理生化指標的關系

3.1.1 植物對甲醛的耐受能力與單個生理生化指標的關系 植物葉綠素含量容易受到空氣污染的影響，葉綠素的降解對空氣污染有指示作用〔14〕。一般情況下，有害氣體對植物的危害越大，葉綠素含量下降的幅度越大。植物受到甲醛氣體脅迫時葉綠素含量下降幅度越小，說明植物對甲醛氣體的抗性越強。本研究結果顯示，巖白菜、吉祥草和裸花水竹葉葉綠素含量變化與理論結果相符；而大理垂頭菊和裸花水竹葉的葉綠素含量隨甲醛處理濃度增大出現(xiàn)先上升后下降的趨勢，這可能是因為在一定濃度的甲醛脅迫下植物細胞嚴重失水，導致植物細胞含水量下降，使得葉綠素含量相對上升〔15〕；而在高濃度甲醛脅迫下，植物葉片中葉綠素和葉綠體蛋白的結合變疏松〔16〕，使得更多的葉綠素受到破壞，導致葉綠素含量下降。本文研究的5種植物葉綠素含量變化較小的為早花象牙參、巖白菜和裸花水竹葉，說明其對甲醛耐受性較強；而吉祥草對甲醛脅迫較敏感，耐受性較弱；大理垂頭菊耐受性中等。

許多植物在逆境脅迫下，體內游離脯氨酸含量都增加。與此類似，在甲醛脅迫下植物葉片中脯氨酸的含量也會有所增加，使細胞保持正常的膨壓，維持細胞正常的功能，因此植物在逆境脅迫下，脯氨酸含量增加越多，說明其對此脅迫的耐受力越差〔17〕。本研究結果顯示，隨受甲醛脅迫程度的增加，植物葉片中脯氨酸含量有不同程度的增加，其中大理垂頭菊和巖白菜脯氨酸含量較對照組增加較多；吉祥草、裸花水竹葉和早花象牙參增加較少，說明吉祥草、裸花水竹葉和早花象牙參對甲醛脅迫耐受性較強，大理垂頭菊和巖白菜對甲醛耐受性較弱。

丙二醛是膜脂過氧化的主要產(chǎn)物之一，長期以來用于衡量膜脂過氧化程度的一個公認指標〔18〕。本研究顯示，大理垂頭菊和巖白菜的丙二醛在甲醛熏氣處理濃度達到3 mg∕m3時較對照組增加明顯，說明在高濃度甲醛脅迫下對此類植物危害較大，而在較低濃度下危害較小；而吉祥草和裸花水竹葉在甲醛熏氣處理濃度達到1 mg∕m3時顯著高于對照組，說明此類植物對甲醛脅迫耐受性較弱；早花象牙參在受到甲醛脅迫后丙二醛濃度顯著低于對照組，這與理論結果不符，可能是因為植物受逆境脅迫時細胞內代謝平衡被破壞，有利于自由基產(chǎn)生，過量自由基的毒害之一是引發(fā)或加劇膜脂過氧化作用，從而導致丙二醛含量增加〔19〕。而在受甲醛脅迫開始時植物保護酶產(chǎn)生的一種防御反應，酶活力增強，清除活性氧和自由基的能力增強，導致植物體內丙二醛含量下降〔20〕，此類植物對甲醛耐受性較強。

過氧化物酶活性可以反應某一階段植物體內代謝活動的變化，植物在受到逆境的脅迫后，過氧化物酶活性隨脅迫強度的變化一般呈現(xiàn)為先增大后減小的趨勢，為單峰曲線型變化〔21-22〕。本研究所選5種植物中，大理垂頭菊、巖白菜、裸花水竹葉和早花象牙參過氧化物酶活性呈先增加后降低的趨勢，推測這些植物在本試驗所設置的最高甲醛濃度條件下體內活性氧代謝已經(jīng)明顯受到抑制，處理的最高濃度超過了兩種植物可以耐受的范圍，其中大理垂頭菊和巖白菜耐受的最高甲醛濃度在1～3 mg∕m3之間，裸花水竹葉和早花象牙參耐受的最高甲醛濃度在0～2 mg∕m3之間，更精確的甲醛耐受最高濃度仍需進一步試驗證明。而吉祥草過氧化物酶活性未出現(xiàn)顯著變化，則對甲醛脅迫耐受性較高。

3.1.2 綜合4個生理生化指標分析植物對甲醛的耐受能力 本文所選定的4種生理生化指標均可指示植物對甲醛的耐受能力，但不同指標所指示的植物對甲醛耐受能力的強弱存在一定差異，若根據(jù)四個指標所指示的植物耐受能力的綜合得分，可對本文5種植物材料對甲醛氣體的耐受能力進行排序：大理垂頭菊、巖白菜＞吉祥草、裸花水竹葉、早花象牙參。

3.2植物對甲醛的吸收能力與耐受能力之間的關系從5種植物對甲醛氣體的凈化效果及它們受到甲醛脅迫后生理生化指標的變化情況來看，植物對甲醛的吸收能力和耐受能力之間并不存在必然的聯(lián)系。對甲醛凈化效果強的植物種類，如大理垂頭菊，對甲醛脅迫的耐受性不高，而巖白菜對甲醛脅迫的耐受性較高；對甲醛凈化效果弱的植物種類，如早花象牙參對甲醛脅迫表現(xiàn)出較強的耐受性。同時，本研究還表明對甲醛吸收能力弱的植物耐受性也可能較弱〔23〕，如吉祥草對甲醛凈化效果不高，表現(xiàn)出來的甲醛脅迫耐受性也不高。

3.3野生植物對甲醛氣體凈化效果及耐受能力的特點野生植物在對甲醛氣體凈化方面存在巨大潛力，與前人關于園藝市場上常見的植物種類的凈化甲醛能力相比存在一定優(yōu)勢〔3，9，24〕。比如，在2 mg∕m3和3 mg∕m3甲醛濃度下，大理垂頭菊、巖白菜的單位葉面積甲醛吸收量均高于曹受金等人對廣東萬年青、綠蘿、虎尾蘭、龜背竹、垂葉榕和四季秋海棠研究的試驗數(shù)據(jù)〔24〕，這說明野生植物在凈化室內甲醛氣體方面存在巨大的應用價值。

本文研究中發(fā)現(xiàn)野生植物在凈化甲醛氣體方面可能存在的另一個特點是：綜合比較5種野生植物對不同濃度甲醛脅迫下的凈化效果，按從高到低排序為大理垂頭菊、巖白菜＞吉祥草、裸花水竹葉、早花象牙參，而大理垂頭菊和巖白菜的分布海拔（2 700 m～4 800 m）高于吉祥草、裸花水竹葉和早花象牙參（低于3 500 m）〔25〕，這可能與其海拔分布呈正相關性，這可能與較高海拔的植物具有較強的抗性有關。高山植物雖然地處惡劣的環(huán)境條件下，但其光合作用等生命過程并未明顯減弱，而呈現(xiàn)出很強的適應性，這可能與其體內的抗氧化系統(tǒng)的保護有很大關系〔26〕，但仍需進一步的試驗證明這一觀點。

4 結論

在甲醛熏氣處理濃度為1 mg∕m3和2 mg∕m3時單位葉面積吸收量從高到低依次為大理垂頭菊、巖白菜、吉祥草、裸花水竹葉、早花象牙參；在3 mg∕m3時單位葉面積吸收量從高到低依次為巖白菜、大理垂頭菊、吉祥草、裸花水竹葉、早花象牙參。

不同植物在甲醛熏氣后表現(xiàn)出不同程度的生理生化指標的變化，綜合分析結果表明大理垂頭菊和巖白菜對甲醛的綜合凈化能力和耐受性較好。

本研究所選用的5種野生植物在一定程度上均可以有效吸收甲醛，說明在野生植物中尋找凈化甲醛氣體的專有植物具有巨大潛力。但高山植物引種馴化和野生植物用于園藝生產(chǎn)方面存在諸多問題，仍需進一步研究。

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Study on the Formaldehyde Purifying Effect of Five Wild Plants of the Cangshan Mountain in Dali

Bai Mengyan,Zhu Qiongjie,Zhao Zeqing,Li Yaru,Kong Lingfang*
（College of Agriculture and Biology Science,Dali University,Dali,Yunnan 671003,China）

Five wild plants of Cangshan Mountain in Dali were evaluated for their effectiveness in purifying formaldehyde with 1,2 and 3 mg∕m3concentrations in a simulated indoor formaldehyde polluted decoration environment,and the absorption capacities as the evaluation index were compared and ranked based on the absorption rate per leaf area after 24 h formaldehyde treatment.Meanwhile, the chlorophyll content and other physiological and biochemistry index were measured to assess those plants'physiological responses to formaldehyde stress.The primary conclusions are as follows:（1）The results showed that the capacities of different plants in purifying formaldehyde were different,and under the concentration of three kinds of formaldehyde treatment,the Cremanthodium delavayi and Bergenia purpurascens were better than Reineckia carnea,Murdannia nudiflora and Roscoea cautleoides for their purifying capacities.（2）The tolerance of different species to formaldehyde stress were different.According to formaldehyde purifying capacity and the tolerance measured in the experiment,Cremanthodium delavayi and Bergenia purpurascens had both higher purifying capacities and higher tolerance.（3）Wild plants have a great potential in purifying formaldehyde gas.

wild plants;formaldehyde gas;purifying capacity;tolerance

Q945

A

2096-2266（2016）12-0075-07

10.3969∕j.issn.2096-2266.2016.12.017

（責任編輯 李 楊）

2016-03-23

2016-08-02

柏夢焱，碩士研究生，主要從事植物生理學、分子生物學相關研究. *通信作者：孔令芳，講師.