甲醛对室内耐阴观叶植物丙二醛的影响

鲁敏张晴晴高庆宇姚思远景荣荣

(1.山东建筑大学风景园林科学研究中心，山东 济南 250101；2.山东建筑大学艺术学院，山东 济南 250101；3.济南市历城区全福街道办事处，山东 济南 250101)

0 引言

随着人们生活水平的提高，室内装饰越来越受到青睐。 然而，装饰装修材料在满足人们审美需求的同时，也将化学污染物带入其中，导致室内污染问题日益凸显，严重危害公众生命健康[1－2]。 甲醛是一种高容量的毒性物质，具有强刺激作用，其释放周期长、危害性持久，被称为室内化学污染的头号“杀手”[3－4]。 其可以通过呼吸系统进入人体，引起功能障碍；刺激中枢神经和重要免疫系统，导致神经麻痹、免疫力下降；过量摄入还会引发基因毒性，并致畸、致癌，严重威胁了人类的生命安全及污染环境[4－6]。

植物具有固碳释氧、杀菌保健的功能，且对室内化学污染有着极强的吸收净化能力[7]。 耐阴观叶植物作为室内观赏应用较多的植物类型，其造型优美、观赏性强，也具有较高的净化吸滞能力，选择抗污、吸污能力强的耐阴观叶植物修复室内生态，已成为治理室内甲醛等污染的重要途径[8－11]。 然而，植物对室内化学污染抗性的强弱是决定其在污染环境中能否正常生长发育并持续吸收和净化污染物的前提和基础[9，12－13]。 因此，研究甲醛胁迫下室内耐阴观叶植物的受害程度，对污染环境下植物正常生长发育及高效防治室内甲醛污染至关重要。

正常状态下，植物细胞有氧代谢产生的活性氧(Reactive Oxygen Species，ROS)类物质与抗氧化防御系统对其的清除作用处于氧化还原的动态平衡[14]。 当植物受到污染胁迫时，其体内多种代谢途径受阻，从而产生大量的ROS，打破了植物体内平衡[15－18]。 过剩的ROS 会攻击细胞膜系统，从而导致膜脂中的多不饱和脂肪酸(Poly Unsaurated Fatty Acids，PUFAs)被氧化，而形成丙二醛[19－21]。 丙二醛与碱基进行加成反应会使碱基变性，引起生物大分子(蛋白质、核酸等)交联聚合，从而破坏生物膜的结构与功能，进而影响植物体一系列正常的生理生化反应[22－24]。 甲醛污染下，植物能够通过自身抗氧化防御机制的调节作用抵抗甲醛胁迫，其抗性越强，细胞膜过氧化程度越低，丙二醛质量摩尔浓度变化就越小。 因此，植物体内丙二醛质量摩尔浓度的高、低能够反映细胞膜质过氧化水平及受损程度，从而间接反映植物抗性，常作为衡量其耐胁迫能力的重要指标，丙二醛质量摩尔浓度越高，植物受损程度越大[25－27]。

目前，国内外相关研究多集中在甲醛污染对植物叶绿素(Chlorophyll，Chl)质量分数、过氧化物酶(Peroxidase，POD)、过氧化氢酶(Catalase，CAT)和超氧化物歧化酶(Superoxide Dismutase，SOD)等抗氧化酶活性的影响，甲醛污染胁迫对植物体内丙二醛质量摩尔浓度变化的研究少见报道，仅存在于苯及其与甲醛复合污染胁迫研究中[9－10，28－29]。

文章选用7 种常见的室内耐阴观叶植物为对象，通过3 次重复的随机区组试验设计，研究了3 种不同质量浓度甲醛胁迫对供试植物体内丙二醛质量摩尔浓度变化的影响，分析了供试植物对甲醛污染的抗性能力，为筛选室内甲醛污染下正常生长发育的植物提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料由山东济南花木联合开发公司提供。选择长势良好，且植物株型、花盆规格、栽培基质等完全一致，并于试验开始前一周进行实验室驯化。供试植物材料如下:

竹柏(Podocarpus nagi)，罗汉松科竹柏属常绿植物，别名为椤树、罗汉柴、椰树等。 其喜温暖湿润环境，可耐阴且造型优美，具有抗污驱虫、净化空气等功效，是我国和日本特有的耐阴观叶植物[29]。

金钻蔓绿绒(Philodendron congo)，天南星科喜林芋属观叶花卉，别名为金钻。 喜半阴环境，气生根发达、叶柄粗壮，可吸收一氧化氮(NO)、氨气(NH3)、二氧化硫(SO2)等多种有毒气体，常作为室内耐阴观叶植物[30]。

不夜城芦荟(Aloe nobilis)，百合科芦荟属多年生肉质草本植物，别名为高尚芦荟、不夜城、大翠盘。其叶片狭长披针状，耐旱、耐盐碱能力较强，具一定药用价值[31]。

黑叶观音莲(Alocasia amazonica)，天南星科海芋属多年生草本植物，别名为黑叶芋、美叶芋。 其叶形别致、叶色浓绿，具有抗污吸污、吸尘滞尘等功效，可作为室内常见耐阴观叶植物[32]。

红网纹草(Fittonia verschaffeltii)，爵床科网纹草属多年生草本植物，别名为费丽草。 其网脉红色密布叶面，喜高湿、半阴环境，叶脉清晰，株型别致，常作为室内小型观叶盆栽植物[33]。

白网纹草(Fittonia verschaffelttivar.minima)，爵床科网纹草属多年生常绿草本植物。 其网脉白色，喜高湿、半阴环境，分枝密集，株型健美，在室内阴暗环境中生长良好，适宜室内美化、绿化[33]。

粉网纹草(Fittonia verschaffeltii‘ Flaming Fire’)，爵床科网纹草属多年生草本植物。 其株型小巧，叶脉纹理均匀，常布置于书房、客厅等，亦可作吊挂装饰[6]。

1.2 试验设计

试验在山东建筑大学省级环境实验中心进行。

参考WOLVERTON 等[34]的方法，在设计材料厚度约为8.0 mm、边长为0.8 m 的玻璃立体熏气箱进行密闭熏气试验。 为减少箱外因素干扰，箱体四周均用酸性硅酮密封胶涂抹，并用凡士林试剂密封。箱内配备小风扇(220 V、80 W)，以使甲醛溶液快速挥发，设置干湿温度计，密切监测并随时记录温、湿度变化情况，控制温度、相对湿度分别为(25±0.5)℃和60%，保证熏气箱内环境基本一致。

采用3 次重复的随机区组试验设计。 根据前期研究[6]发现，耐阴观叶植物在国家标准室内甲醛质量浓度(0.1 mg/m3)的30(3.0 mg/m3)、60(6.0 mg/m3)、90 倍(9.0 mg/m3)的污染胁迫下，ROS 产生速率变化显著，设置3 种甲醛质量浓度M1、M2、M3 分别为3.0、6.0、9.0 mg/m3[6]。 为确保精准度，试验前将植物试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)并做好标记，放入密闭熏气箱内适应1 周后进行熏气处理。 试验共设3 个处理，0 号熏气箱为空白对照(Control Check，CK)，放入1 盆供试植物，不做熏气处理；1~3 号熏气箱内各放1 盆同种供试植物，分别熏气24 h，重复3 次，取3 份长势良好、无病虫害、位置相对一致的叶片，用蒸馏水洗净晾干，测定并计算7 种供试植物的丙二醛质量摩尔浓度。

1.3 丙二醛质量摩尔浓度测定

1.3.1 提取、制备粗酶液

待熏气处理结束后，从每株供试植物顶部、中部、下部的不同方位随机剪取3 份足够数量、完全伸展的叶片组成混合叶群，用蒸馏水洗净表面、擦干并剪碎，各取1.0 g 碎叶置于研钵内。 量取10 mL l0%的三氯乙酸(Trichloroacetic Acid，TCA)溶液，少量多次加入研钵中，将鲜样叶片充分研磨至匀浆，后提取至离心管，并于转速4 000 r/min 的TGL－20M 台式高速冷冻离心机中离心10 min，得到样品离心上清液(粗酶液)。

1.3.2 样品比色测定

采用硫代巴比妥酸比色法[35]。 选取外径15 mm、长度150 mm试管4 支，分别编号0~3 号，其中0 号为CK，0 号试管中加入2.0 mL 蒸馏水和2.0 mL、0.6%的硫代巴比妥酸(Thiobarbituric Acid，TBA)溶液；1~3 号试管中各加入2.0 mL 分别经M1、M2、M3 处理植株的粗酶液和2.0 mL 的TBA 溶液。 4 支试管摇匀并置于沸水浴反应10 min，迅速冷却后吸取混合液于转速3 000 r/min 的冷冻离心机中离心15 min 得最终上清液，测定并记录上清液在450、532 和600 nm 波长下的吸光光度值。

丙二醛质量摩尔浓度G由式(1)表示为

式中C＝6.45(A532－A600)－0.56A450，μmol/L；A450、A532、A600分别为450、532、600 nm 波长下的吸光光度值；VT为待测溶液的总体积，mL；V1为反应后混合液的体积，mL；W为叶片重量，g；V2为与TBA 反应的溶液体积，mL。

1.4 统计分析方法

利用电子表格(Microsoft Excel)2010 和统计产品与服务解决方案(Statistical Product and Service Solutions，SPSS )26.0 进行一般线性模型中的双因素方差分析，通过最小显著差检验(Least Significant Difference，LSD)和新复极差法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 甲醛污染对供试植物丙二醛质量摩尔浓度的影响

7 种室内耐阴观叶植物在M1、M2、M3 等3 种甲醛质量浓度梯度下熏气24 h 后，其体内的丙二醛质量摩尔浓度变化如图1 所示。 其中，大写字母A~Z表示不同胁迫质量浓度下同种植物间的显著性差异(0.01

图1 甲醛胁迫下7 种供试植物丙二醛质量摩尔浓度变化图

由图1 可知，与CK 相比，供试植物受M1、M2、M3 质量浓度的甲醛胁迫24 h 后，其体内丙二醛质量摩尔浓度均呈上升趋势；7 种供试植物丙二醛质量摩尔浓度变化率均呈上升趋势，且不同植物变化率之间存在较大差异；当注入甲醛质量浓度为M3时，与CK 相比，丙二醛质量摩尔浓度上升幅度均达最大值，其中红网纹草的丙二醛质量摩尔浓度上升幅度最大为111.57%，其次为粉网纹草，其上升幅度为104.67%，竹柏、黑叶观音莲、白网纹草的上升幅度大致相近，分别为90.57%、92.86%、91.01%，金钻蔓绿绒和不夜城芦荟的上升幅度大致相近，分别为80.56%和80.31%。 以植物种类和甲醛胁迫质量浓度为试验自变量，双因素方差分析7 种供试植物丙二醛质量摩尔浓度，结果表明，相对植物种类而言，甲醛质量浓度对7 种供试植物丙二醛质量摩尔浓度的影响更为显著，因此分析不同质量浓度下植物丙二醛质量摩尔浓度变化率的差异显著性，以判定甲醛胁迫下不同植物丙二醛质量摩尔浓度的种间差异。

2.2 甲醛污染对供试植物丙二醛质量摩尔浓度影响的种间差异

在M1、M2、M3 等3 种质量浓度的甲醛胁迫处理下，不同植物种类对供试植物丙二醛质量摩尔浓度变化率有极显著影响，单一质量浓度甲醛污染胁迫下，相比于CK，7 种供试植物的丙二醛质量摩尔浓度均呈上升趋势，且不同植物间的丙二醛质量摩尔浓度变化率差异显著性不同(如图1 所示)。

由图1 可知，经M1 质量浓度的甲醛胁迫处理后，竹柏与白网纹草、金钻蔓绿绒、不夜城芦荟、黑叶观音莲、红网纹草、粉网纹草之间的丙二醛质量摩尔浓度变化率具有极显著差异；白网纹草与不夜城芦荟、红网纹草、粉网纹草之间的丙二醛质量摩尔浓度变化率具有极显著差异，与金钻蔓绿绒之间的变化率具有显著差异；不夜城芦荟与金钻蔓绿绒、黑叶观音莲、红网纹草、白网纹草之间的变化率具有极显著差异；红网纹草、白网纹草体内丙二醛质量摩尔浓度变化率均与金钻蔓绿绒、黑叶观音莲之间具有极显著差异；其他供试植物之间无显著性差异。 经M2质量浓度的甲醛密闭熏气处理后，白网纹草与金钻蔓绿绒之间的丙二醛质量摩尔浓度变化率无显著性差异；红网纹草与金钻蔓绿绒、粉网纹草之间的变化率具有显著差异；其他供试植物之间的丙二醛质量摩尔浓度变化率均具有极显著差异。 经M3 质量浓度的甲醛密闭熏气处理后，黑叶观音莲与竹柏之间的丙二醛质量摩尔浓度变化率具有较显著差异；白网纹草与竹柏、黑叶观音莲之间的变化率无显著性差异；金钻蔓绿绒与不夜城芦荟之间的变化率无显著性差异；其他供试植物之间均具有极显著差异。

在M1 质量浓度下，粉网纹草的变化率(43.69%)最大，受甲醛影响最大，说明其对甲醛胁迫的敏感程度较高；红网纹草的变化率(42.78%)次之，受甲醛影响较大； 不夜城芦荟的变化率(20.97%)最小，受甲醛影响最小，说明其对甲醛胁迫处理较不敏感，耐受性稍强。 根据M1 质量浓度甲醛胁迫下供试植物丙二醛质量摩尔浓度变化率多重比较结果(如图1 所示)，综合排序7 种供试植物受损程度可得:粉网纹草>红网纹草>白网纹草>黑叶观音莲>金钻蔓绿绒>竹柏>不夜城芦荟。

在M2 质量浓度下，粉网纹草的变化率(63.15%)最大，受甲醛影响最大；红网纹草的变化率(59.31%)次之，受甲醛影响较大；不夜城芦荟的变化率(35.28%)最小，受甲醛影响最小。 根据M2质量浓度甲醛胁迫下供试植物丙二醛质量摩尔浓度变化率多重比较结果(如图1 所示)，综合排序7 种供试植物受损程度可得:粉网纹草>红网纹草>金钻蔓绿绒>白网纹草>黑叶观音莲>竹柏>不夜城芦荟。

在M3 质量浓度下，红网纹草的变化率(111.57%)最大，受甲醛影响最大；粉网纹草的变化率(104.67%)次之，受甲醛影响较大；不夜城芦荟的变化率(80.31%)最小，受甲醛影响最小。 根据M3质量浓度甲醛胁迫下供试植物丙二醛质量摩尔浓度变化率多重比较结果(如图1 所示)，综合排序7 种供试植物抗性可得:红网纹草>粉网纹草>黑叶观音莲>白网纹草>竹柏>金钻蔓绿绒>不夜城芦荟。

综合3 种质量浓度甲醛污染胁迫下7 种植物丙二醛质量摩尔浓度变化情况，对供试植物受损程度进行综合排序可得:白网纹草>红网纹草>粉网纹草>黑叶观音莲>金钻蔓绿绒>竹柏>不夜城芦荟。

胁迫条件下植物质膜透性增大，膜伤害程度增加，丙二醛质量摩尔浓度上升，且胁迫质量浓度越高，植物受损越严重。 试验中甲醛胁迫下供试植物的丙二醛质量摩尔浓度均呈上升趋势，与前期研究所得结论基本一致[9－10]。 李翠芬等[18]发现，单一质量浓度甲醛胁迫下4 种盆栽植物丙二醛质量摩尔浓度均随胁迫时间增加而增加，而文章仅测定了7 种耐阴观叶植物在不同甲醛质量浓度胁迫24 h 后的丙二醛质量摩尔浓度，至于不同质量浓度下甲醛胁迫时间对植物丙二醛的影响有待于进一步研究。

随甲醛胁迫质量浓度的升高，竹柏、金钻蔓绿绒、不夜城芦荟、黑叶观音莲的丙二醛质量摩尔浓度上升幅度较其他植物减小，可能是植物受到胁迫时，其细胞内保护酶系统被激活，从而进行自由基的清除，抑制丙二醛产生；已产生的丙二醛和细胞中蛋白质、酶等物质交联聚合共同作用，以致丙二醛质量摩尔浓度相对减少[16，21－22]。 孙慧群等[28]通过分析甲醛处理下蚕豆叶片抗氧化酶活性可知，短时间的胁迫诱导叶片抗氧化防御机制应激性加强，亦可解释文章试验所得结果。

何香等[23]研究发现不同杜鹃花品种在逆境下其体内丙二醛质量摩尔浓度的变化都有不同程度的增加，且不同品种间存在显著差异，同时不同试验植物对不同质量浓度的甲醛胁迫反应存在一定差异。产生这一结果的原因可能与供试植物叶片形态、细胞结构存在一定差异有关，不夜城芦荟叶片肉质，细胞结构不易被破坏，而网纹草细胞壁相对较薄，受害更明显。

逆境胁迫下膜脂过氧化会造成细胞膜系统损伤使植物受损[21]。 丙二醛作为膜脂过氧化的最终产物，能在一定程度上反映细胞膜结构的完整性，与植物抗性密切相关[25]。 CAMPOS 等[26]亦认为可利用丙二醛质量摩尔浓度的高低来反映细胞膜受损程度及植物抗性。 前期研究发现，在室内化学污染胁迫下，植物通过有效增加体内POD、抗坏血酸过氧化物酶(Aseorbate Peroxidase，APX)等抗氧化酶活性，维持ROS 代谢平衡，减少丙二醛累积，缓解污染对植物造成的氧化胁迫，增强其抗性[7，9，12]。 当累积的ROS 处于抗氧化酶清除能力范围内时，丙二醛质量摩尔浓度相对稳定，细胞膜可维持正常结构，而随胁迫质量浓度的增加，植物体内ROS 累积一旦超过抗氧化酶的清除能力，细胞膜会发生过氧化反应，导致丙二醛质量摩尔浓度增加[24]。 因此，丙二醛质量摩尔浓度上升幅度的大小顺序与植物抗性强弱的排序相反，丙二醛质量摩尔浓度上升幅度越小表明抗氧化酶活性越强，其抗性越强，与WANG 等[36]的研究结果一致。 文章仅探索了甲醛胁迫下室内耐阴观叶植物丙二醛质量摩尔浓度变化，至于甲醛污染胁迫下植物抗性的综合评定以及植物对甲醛的吸收净化能力有待进一步研究。

3 结论

通过上述研究可知:

(1) 在M1、M2、M3 等3 种不同质量浓度甲醛污染的影响下，7 种室内耐阴观叶植物体内的丙二醛质量摩尔浓度均随甲醛质量浓度的升高呈上升趋势，其中不夜城芦荟丙二醛质量摩尔浓度变化率最小，分别为20.97%、35.28%、80.31%，体现抗性最强；在M1、M2 质量浓度甲醛污染的影响下，粉网纹草丙二醛质量摩尔浓度变化率最大，其值分别为43.69%、63.15%，体现抗性最弱；在M3 质量浓度甲醛污染的影响下，红网纹草丙二醛质量摩尔浓度变化率最大，其值为111.57%，体现抗性最弱。

(2) 根据M1、M2、M3 等3 种甲醛质量浓度影响下供试植物丙二醛质量摩尔浓度的上升幅度，分析其抗性可得7 种室内耐阴观叶植物的抗性排序为不夜城芦荟>竹柏>金钻蔓绿绒>黑叶观音莲>粉网纹草>红网纹草>白网纹草。