洋常春藤和金边吊兰对香烟烟雾的净化效果与生理响应

金婷婷　金梦蝶　陈珍

摘要：以洋常春藤（Hedera helix L.）和金边吊兰（Chlorophtum comosum variegaturn Hort.）为研究对象，在长、宽、高均为60 cm的玻璃装置中，模拟人的吸烟方式，注入2支香烟，测定48 h内CO和PM2.5浓度变化，观察处理前后植物的表型变化，并测定植物叶片生理指标变化，以研究2种垂吊植物对香烟烟雾净化能力及生长生理响应。结果表明，洋常春藤和金边吊兰均可在一定程度上吸收或吸附CO与PM2.5，净化密闭环境中的空气，且洋常春藤的单位叶面积的净化能力优于金边吊兰；香烟烟雾处理对植物生长产生了一定的影响，叶片出现黑褐色斑点或叶缘焦枯状；香烟烟雾处理后，2种植物叶片活性氧（超氧阴离子和过氧化氢）水平显著增加，造成膜脂过氧化产物丙二醛含量增加，植物通过增强过氧化物酶活性或增加脯氨酸的合成，抵御伤害，且金边吊兰的抗性强于洋常春藤。

关键词：香烟烟雾；洋常春藤（Hedera helix L.）； 金边吊兰（Chlorophtum comosum variegaturn Hort.）；净化

中图分类号：X173；S688.9 文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2018）18-0047-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.18.011 开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Purification of Cigarette Smoke by Hedera helix L. and Chlorophtum comosum variegaturn Hort. and Their Physiological Responses

JIN Ting-ting，JIN Meng-die，CHEN Zhen，CHENG Li-ling，ZHU Kai-xuan

（College of Life Sciences，Taizhou University，Taizhou 318000，Zhejiang，China）

Abstract： Hedera helix L. and Chlorophtum comosum variegaturn Hort. were set as the objects，which were put into a sealed glass capsule with length，width，height all of 60 cm. Cigarette smoking of mankind was imitated and two cigarettes were injected into the capsule. Changes of CO and PM2.5 concentrations during 48 h，phenotypes and physiological indexes at 48 h were determined，to investigate the purifying capacity of the two hanging plants to cigarette smoke and their growth and physiological responses. The results showed that H. helix and C. comosum variegaturn both could absorb CO and PM2.5 to some degree and purify the air in the sealed space. The purifying capacity per unit leaf area of H. helix was superior than C. comosum variegaturn. Meanwhile，growth of the two plants were affected by cigarette smoking treatments and leaf chlorosis and necrosis were appeared. After cigarette smoking treatments，levels of reactive oxygen species（including superoxide anion and hydrogen peroxide） in leaves of the two plants were significantly increased，resulting in the increases of malondialdehyde，the products of membrane lipid peroxidation. The plants activited peroxidase or synthesized proline to resist the damages and the resistance of H. helix was better than C. comosum variegaturn.

Key words： cigarette smoke； Hedera helix L.； Chlorophtum comosum variegaturn Hort.； purification

隨着居住和工作条件的改善，现代人们在室内工作和休息时间占90%左右，室内空气污染已成为危害人类健康的“隐形杀手”[1]。其主要来源于建筑及室内装饰材料、复印机、香烟烟雾、厨房油烟等[2]。其中，吸烟产生的香烟烟雾是最主要污染源之一，其成分复杂，含4 000余种物质，包括烟碱（尼古丁）、一氧化碳（CO）、可吸入颗粒物（PM）、多环芳烃（PAHs）、亚硝酸胺、挥发性有机复合物（VOCs）和毒性重金属等[3-5]。全世界约有11亿人吸烟，每年吸烟6万亿支；而中国吸烟人数达3.2亿，且逐年递增，另有7.4亿不吸烟人群遭受环境烟草烟气（ETS）的危害，到2020年每年将会有220万人死于烟草相关疾病[6，7]。吸烟可影响呼吸、消化、心血管、生殖、内分泌等多个系统，引发肺癌、胃癌、生育能力下降、阿尔茨海默症（老年痴呆）等疾病[4，7-14]。室内空气污染控制的主要途径包括源头控制、通风控制和空气净化。利用绿色植物净化空气，成本低廉，操作方便，已广泛应用于甲醛、苯系物的净化中[15]。然而利用绿色植物净化香烟烟雾污染却鲜有报道，仅有梁鸣等[16]研究了斑叶海棠（Begonia maculata Raddi）、绒毛香茶菜（Plectranthus hadiensis var. tomentosus）、柠檬天竺葵（Pelargonium graveolens）和白背三七[Gynura divaricata（L.） DC.]4种室内观赏植物对香烟烟雾的净化效果，表明其均可在一定程度上吸收香烟烟雾，生理指标检测表明斑叶秋海棠耐受性最强。本试验对常见室内观赏植物洋常春藤（Hedera helix L.）和金边吊兰（Chlorophtum comosum variegaturn Hort.）对香烟烟雾的吸收与生长生理响应进行研究，为日常室内绿化布置、空气净化提供依据和应用参考。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 供试植物 选用的园艺植物洋常春藤和金边吊兰盆栽均购于花卉市场，长势基本一致。所用香烟为“红塔山”牌（硬经典100）。

1.1.2 试验装置 参照赵明珠[17]的试验装置，用8 mm厚的玻璃定制成长、高、宽均为60 cm的密闭舱，舱内总体积0.216 m3，玻璃胶封好。一侧开有直径为1 cm的圆孔，用于注入烟气，之后用胶布密封，上方玻璃盖可打开，接口处涂抹凡士林，以防气体泄漏。

1.2 方法

1.2.1 试验处理 试验前将植物放置于相同环境下适应一周，为避免盆栽基质与微生物对本试验产生干扰，以保鲜膜覆盖盆面，只暴露植株进行熏蒸。试验设4组，A为无香烟烟雾且有植物且密闭；B为有香烟烟雾且无植物且密闭；C为有香烟烟雾且有植物且密闭；D为有香烟烟雾且有植物且通风。通风方式是每隔4 h通风1次，每次通风时将装置上方敞开60 cm×7 cm的口，通风5 min。

香烟烟雾的释放采用张永芳[18]被动吸烟染毒的方法，具体做法是将香烟点燃后烟头部分接导管，立即伸入密闭舱侧孔，烟蒂插入注射器中，反复推拉，模拟人的吸烟方式，直至香烟燃尽，每支烟约抽3 min，保持推拉注射器的速度与用力一致使得输出的烟气量相同。每个密闭舱同时注入2支红塔山香烟烟量。观察植物生长变化，48 h后测定生理指标。

1.2.2 CO和PM2.5浓度监测 从注烟1 h后开始监测密闭舱中CO和PM2.5浓度，每隔2 h测1次，连续监测48 h。CO检测仪为希玛AS8700A，量程1～1 000 ppm，分辨率1 ppm，1 ppm CO等于1.145 mg/m3[19]；PM2.5浓度检测仪为希玛AR830，量程1～1 000 μg/m3。用叶面积测定仪（浙江托普云农科技股份有限公司，WMJ-B）测定每处理植物叶片总面积。

1.2.3 生理指标测定 丙二醛（MDA）含量测定参照张志良等[20]的方法；超氧阴离子产生速率（O2·-）依据王爱国等[21]的方法；过氧化氢（H2O2）测定用Jana等[22]描述的方法；过氧化物酶（POD）活性测定采用愈伤木酚法，消光系数为26.6 L/（mmol·cm）[23]。脯氨酸以80%乙醇提取，含量测定采用茚三酮法。生理指标测定均以鲜重为准。

1.3 数据处理

试验重复3次，数据以平均值±标准误表示，以DPS软件进行单因素方差分析（LSD法）。

2 结果与分析

2.1 洋常春藤和金边吊兰对香烟烟雾部分成分的净化效果

由图1a、图1b可知，在约0.2 m3的密闭空间中，2支香烟燃烧后CO浓度迅速升高到500 mg/m3以上，后随着时间延长逐渐消散。试验的2种垂吊植物洋常春藤和金边吊兰均可在一定程度上吸收香烟烟雾中的CO，洋常春藤的单位叶面积（m2）净清除率为22.10%，金边吊兰单位叶面积净清除率为15.80%。此外，通风组4 h通风1次，每次5 min，开口约0.04 m2，由图1可知，第1次通风后CO浓度急剧下降，表明通风的效果明显。

香烟燃烧也会产生大量的可吸入颗粒物，测定PM2.5浓度变化可知所试植物的吸尘作用明显，洋常春藤的单位叶面积净清除率达79.22%，且清除速度快于金边吊兰（图1c、图1d）。

2.2 香烟烟雾胁迫对洋常春藤和金边吊兰生长的影响

香烟烟雾处理对洋常春藤和金边吊兰的生长产生了一定的影响，新叶出现黑褐色斑块，叶缘焦枯，金边吊兰叶片还出现水渍状区块（图2b、图2e）。未经香烟烟雾处理但密闭条件下48 h内植物生长正常（图2a、图2d）。香烟烟雾处理后每4 h伴有1次短时通风处理，植物生长也未见明显表型变化（图2c、图2f）。

2.3 香烟烟雾处理下洋常春藤和金边吊兰的生理响应

2.3.1 香烟烟雾处理对洋常春藤和金边吊兰活性氧和膜脂过氧化的影响 MDA是膜脂过氧化的产物。经过香烟烟雾处理，洋常春藤叶片MDA含量上升至未经香烟烟雾处理时的2.3倍；而香烟烟雾处理伴有短时通风情况下MDA含量与未经香烟烟雾处理相比未有显著差异（图3）。金边吊兰叶片MDA含量上升幅度相对较小，香烟烟雾处理且密闭条件下，MDA含量为未经香烟烟雾处理的1.33倍，而香烟烟雾处理后即使后期通风处理，MDA含量与未经香烟烟雾处理相比也有显著上升，增加20.7%（图3）。

香烟烟雾在体外可产生大量的活性氧，包括O2·-、H2O2和羟自由基（·OH）等，能造成生物DNA氧化损伤[6]。结果表明，香烟烟雾处理会诱导所试2种植物叶片中活性氧增加（图4a、图4b），尤其是洋常春藤叶片活性氧剧增，处理间差异显著，从而引起膜脂过氧化，造成植物氧化损伤（图3）。

2.3.2 香烟烟雾处理对洋常春藤和金边吊兰POD活性和脯氨酸含量的影响 在逆境下，植物首先会启动自身的保护系统响应环境变化，如增强抗氧化酶活性清除活性氧，增加脯氨酸、甜菜碱、可溶性糖和可溶性蛋白等小分子合成，调节渗透压，稳定生物大分子结构。由图5可知，2種植物均增强了POD活性，以清除H2O2，且增加了脯氨酸的合成。金边吊兰POD活性和脯氨酸含量增幅（169%和110%）均大于洋常春藤（41%和68%）（图5、图6）。综上可知，金边吊兰对香烟烟雾的抗性可能强于洋常春藤。

3 讨论

室内观赏植物对污染物的净化具有选择性，同种植物对不同污染物的清除效果不同，且不同植物对同种污染物的清除能力也不尽相同。如非洲茉莉（Fagraea ceilanica）吸收甲醛的能力较强，而金钱树（Zamioculcas zamiifolia）则较弱，但金钱树清除二甲苯的能力却很强[24，25]。因此，学者们一直致力于适用植物品种的筛选与配置。香烟不完全燃烧发生热裂解和热化合反应，产生大量致癌物、致突变物等有害物质，造成DNA氧化损伤，微核形成，细胞癌变，严重危害生物健康[3-14，26，27]。因而室内空气中香烟烟雾污染的防控也亟待加强。本试验证实常见垂吊植物洋常春藤和金边吊兰均可在一定程度上吸收和吸附香烟烟雾产生的CO和PM2.5，加速空气净化。

植物对空气污染物如甲醛、PM2.5的净化与叶的形态结构、着生角度、气孔导度、表面分泌物等相关[25，28]。洋常春藤与金边吊兰叶片表面均较平滑，略有皱褶，没有绒毛，气孔位于下表皮[29]。从解剖结构上来看，与洋常春藤同属的常春藤（H. nepalensis var. sinens）叶片栅栏组织和海绵组织分化明显，叶片密集坚挺，气孔密度大于金心吊兰（C. capense var. medio-pictum）[30]。而与金边吊兰同属的金心吊兰、宽叶吊兰等的叶片为等面型叶的结构，没有明显的栅栏组织与海绵组织的分化[31]。洋常春藤可通过气孔途径和非气孔途径去除甲醛，并以前者为主[29]。本试验表明洋常春藤的CO吸收能力与滞尘能力均优于金边吊兰，可能与其叶片结构特点有关。

在植物净化空气过程中，污染物对植物本身的影响也不溶忽视。有研究表明植物对空气污染物的净化能力与自身的抵抗能力无明显正相关关系[15]。从表型来看，相同浓度的香烟烟雾处理，2种植物叶片均表现受害症状。撤去胁迫后，生长可渐渐恢复。从生理指标来看，2种植物叶片活性氧含量增加，造成膜脂過氧化损伤；植物启动抗氧化系统，增强POD等活性，清除活性氧；且洋常春藤的氧化损伤程度大于金边吊兰，而金边吊兰抗氧化能力强于洋常春藤。前期研究也表明，低光强下、低温或甲醛处理下，洋常春藤表现出较强的环境响应和自我修复能力，生理指标变化明显，可塑性大于吊兰[29，30，32]。丁艳丽等[33]研究表明，叶片滞尘后，植物叶片脯氨酸含量呈现不同程度的升高。脯氨酸有利于维持细胞结构与功能的完整，保护细胞内环境稳定，还可保护细胞内抗性相关的酶，使器官组织中的生物分子免受有毒气体伤害。本试验中，金边吊兰的POD和脯氨酸上升幅度较大，说明其对香烟烟雾的抗性强于洋常春藤。这与欧佳等[34]的研究结果一致，认为芦荟（Aloe vera）和吊兰（C. comosum）抗性能力较强，适合作甲醛吸收植物；绿箩（Epipremnum aureum）和常春藤甲醛吸收能力较强但抗性弱，适合作甲醛指示植物。

综上所述，洋常春藤与金边吊兰均可在一定程度上净化香烟烟雾，且植物的生长与生理均受到了影响，叶片细胞受到氧化损伤，植物会启动相应的保护系统抵御香烟烟雾的毒害。洋常春藤对香烟烟雾的净化能力优于金边吊兰，而金边吊兰的抗性强于洋常春藤。

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