大叶栀子对PM2.5的净化与生理响应

姜钰玮，陈珍，朱凯旋

(台州学院生命科学学院 浙江省植物进化生态学与保护重点实验室, 浙江 台州 318000)

1 材料与方法

1.1 材料

大叶栀子(GardeniajasminoidesEllis var. grandiflora Nakai.)盆栽购于花卉市场，四年生(图1)，茜草科，常绿灌木，叶片革质，叶表面有明显的凹陷深沟。红叶石楠(Photinia×fraseriDress)和锦绣杜鹃(RhododendronpulchrumSweet)，与大叶栀子植株高度一致，由校园绿化区移栽，在实验室养护一个月后用以实验。红叶石楠，蔷薇科，常绿灌木，叶片革质，叶表面无毛，覆盖蜡质层，表面较光滑，褶皱少。锦绣杜鹃，杜鹃花科，常绿灌木，叶表面粗糙，被微柔毛和糙伏毛，布满沟状组织。实验时为避免基质的干扰，以保鲜膜包裹花盆。

图1 供试的大叶栀子

1.2 方法

1.2.1 试验装置设计

参照梁丹等[17]的气室模拟装置制作原理，自制试验装置：由4个60 cm×60 cm×60 cm的正方体玻璃装置组成，各气室间用软管相连，软管长度与孔径一致(图2)。玻璃装置A作为气体发生装置，内置PM2.5产生原料和鼓风装置；B、C和D为接收PM2.5的熏气装置；各装置出口与软管相连处贴上0.45 μm的专用滤膜。

图2 试验装置的设计情况

1.2.2 PM2.5产生原料

根据PM2.5的主要组分，在试用了香烟、蚊香、煤炭、木炭和蜡烛等原料的基础上，根据PM2.5检测仪(希玛AR830，量程1～1 000 μg·m-3)监测燃烧20 g上述各种物质所产生的PM2.5浓度变化情况，确定产生PM2.5的最佳原料配比V(煤炭)∶V(蜡烛)∶V(香烟)为20∶10∶1。

1.2.3 试验处理

3种植物滞尘分析：将大叶栀子、红叶石楠和锦绣杜鹃盆栽叶片擦拭干净后分别装入气室中，燃烧煤炭/蜡烛/香烟以产生PM2.5，通过鼓风装置将烟雾通入各气室。12 h后取出盆栽，分别在植株的上、中、下各部位随机摘取叶片20片，尽量减少叶片抖动，用万分之一的天平称得叶片总质量W1，然后用洁净纱布将叶片表面擦拭干净，再次称重得W2，两次称量的差值可近似当作叶片的总滞尘量W[18]。再用叶面积扫描仪(浙江托普云农科技股份有限公司，YMJ-B)测定叶表面积，进而求出单位叶面积的滞尘量(g·m-2)。重复3次。

大叶栀子对PM2.5的净化与生理响应：上午10:00，试验装置的A室中各原料燃烧产生PM2.5；B室放置大叶栀子且通入PM2.5；C室作为对照，软管出口处封住，仅放置大叶栀子而不通PM2.5；D室仅通入PM2.5而未放置植物。每隔1 h用PM2.5检测仪测定B、C和D中PM2.5浓度，连续测定24 h。取出大叶栀子，测定叶片生理指标。各处理重复3次。

1.2.4 生理指标测定

1.3 数据处理

数据用平均数±标准差(SD)表示，每个处理重复3次以上。用SPSS软件对数据进行单因素方差分析(LSD法)或两样本间独立样本T检验分析。

2 结果与分析

2.1 大叶栀子的滞尘能力

大叶栀子、红叶石楠和锦绣杜鹃均可在一定程度上吸附模拟产生的大气颗粒物，其单位面积滞尘量分别为(4.318±0.147)、(1.658±0.0812)、(3.380±0.050)g·m-2。其中，大叶栀子的滞尘能力最强，其单位叶面积的滞尘量分别为锦绣杜鹃和红叶石楠的1.3和2.6倍，差异显著(P<0.05)。

2.2 大叶栀子对PM2.5的净化作用

在密闭气室中，PM2.5检测仪有一定的读数，一开始为82 μg·m-3，24 h后降到了6 μg·m-3(图3)。当人为添加PM2.5后，PM2.5浓度迅速升高至大于999 μg·m-3，随时间的延长可能随着颗粒物的沉降，PM2.5检测仪读数逐渐下降，至24 h，浓度为288 μg·m-3。而放置大叶栀子的气室中，PM2.5浓度下降较快，在8 h时就降到了300 μg·m-3以下，至16 h，降到50 μg·m-3以下，符合一级空气质量标准。到24 h，仅剩12 μg·m-3。进一步证实了大叶栀子具有较强的PM2.5净化能力。

图3 24 h内大叶栀子对PM2.5的净化

2.3 PM2.5处理对大叶栀子生理指标的影响

2.3.1 叶绿素含量

PM2.5处理24 h，大叶栀子表型未发生明显变化。而叶绿素a含量与未经PM2.5处理相比下降了29.4%，差异达极显著水平(P<0.01)。叶绿素b含量也显著下降(图4)。但叶绿素a/b值却显著升高。

**和*分别表示同一生理指标处理前后的差异达极显著水平(P<0.01)和显著水平(P<0.05)图4 PM2.5处理对大叶栀子叶绿素a和b含量 及比值的影响

2.3.2 活性氧产生与膜脂过氧化

图5 PM2.5处理对大叶栀子MDA含量和产生速率的影响

2.3.2 抗氧化酶活性

PM2.5胁迫下，大叶栀子SOD和POD活性在24 h时略有增加，但差异不显著(图6)。CAT和APX活性均有显著升高，可清除体内的H2O2。

图6 PM2.5处理对大叶栀子抗氧化酶活性的影响

3 讨论

近年来，灰霾天气日益增多，严重影响大气环境质量和人体健康。周曙东等[26]认为PM的排放源主要包括生活源、工业源、机动车源和集中式污染治理设施源等。生活源中，煤炭燃烧消费量是PM2.5剧增的主要原因。工业用煤和冬季取暖是煤炭消费的主要方式。煤炭的灰分主要由Si、Al和不定量的C、Fe、Ca、Mg、K、Na及S等组成，这些也是雾霾的重要组分[27]。SO2、氮氧化物和烟尘的主要来源为煤炭消费，CO则来自煤炭的不完全燃烧，它们均与PM2.5之间存在显著的正相关关系[25]。香烟烟雾是室内PM2.5的主要污染源之一，其成分复杂，含4 000余种物质，包括尼古丁、CO、多环芳烃、挥发性有机复合物、亚硝酸胺、可吸入颗粒物和毒性重金属等[12, 27]。蜡烛助燃。因此我们选取煤炭、香烟和蜡烛燃烧作为PM2.5的室内产生方式。

园林植物可挡风降尘，吸附或滞留颗粒物，减轻雾霾污染，生态效益日益凸显[10]。国内外对各种园林植物的滞尘能力进行了广泛的调研，并揭示叶表结构如粗糙程度、沟槽宽度与深度、气孔密度及蜡质层等是影响植物滞尘能力的重要因素[13-16]。锦绣杜鹃叶表面粗糙，布满沟状组织，被微柔毛和糙伏毛，故其滞尘能力大于红花檵木和火棘[28-29]。本实验中，大叶栀子叶脉明显，沟槽深浅适中，滞尘能力显著强于红叶石楠和锦绣杜鹃。可见，大叶栀子无论是作为绿化带还是室内盆栽，均可有效滞留空气中的PM2.5，净化空气。

综上，大叶栀子可有效净化空气中的PM2.5，且PM2.5的滞留会在一定程度上影响植物的光合作用，但短期内并未对植物造成严重的氧化胁迫。提示大叶栀子在城市园林美化、绿化和室内空气净化中，具有重要的生态意义和应用价值。