大理苍山5种野生植物对甲醛净化能力比较研究

柏梦焱，朱琼洁，赵泽清，李亚茹，孔令芳

（大理大学农学与生物科学学院，云南大理 671003）

大理苍山5种野生植物对甲醛净化能力比较研究

柏梦焱，朱琼洁，赵泽清，李亚茹，孔令芳*

（大理大学农学与生物科学学院，云南大理 671003）

在密闭条件下采用熏气法模拟居室装修后的甲醛污染环境，设置1、2和3 mg∕m33种甲醛浓度对大理苍山5种野生植物进行甲醛熏气处理，以24 h后植物单位叶面积吸收甲醛量作为对甲醛净化能力的评价指标，同时测定甲醛胁迫后叶绿素等生理生化指标来评价其对甲醛耐受能力的大小。主要结论如下：（1）被测植物在一定程度上均可以有效吸收甲醛，3种甲醛处理浓度下单位叶面积的甲醛吸收量均为大理垂头菊（Cremanthodium delavayi）和岩白菜（Bergenia purpurascens）较优于吉祥草（Reineckia carnea）、裸花水竹叶（Murdannia nudiflora）和早花象牙参（Roscoea cautleoides）；（2）不同植物在甲醛熏气后生理生化指标表现出不同程度的的变化，综合分析结果表明大理垂头菊和岩白菜对甲醛的净化能力和耐受性较好；（3）野生植物在净化甲醛气体方面存在巨大潜力。

野生植物；甲醛气体；净化能力；耐受性

当今时代，随着经济的高度发展，人们对生活质量的要求不断提高，装修热潮也随之来临。然而由装修造成的室内空气污染给人们的身体健康带来了极大影响。有关调查显示，人的一生约有70%～90%的时间是在室内度过〔1〕。室内空气污染已成为继大气、水体、固体废弃物、噪声等四大污染之后的第5大污染〔2〕。调查发现，甲醛是室内空气的主要污染物之一，主要存在于装修材料和建筑材料中，挥发期长达数十年〔3〕。长时间吸入甲醛会导致恶心呕吐、刺眼流泪、诱发鼻腔癌、皮肤癌和白血病等疾病，已经被国际癌症研究机构（IARC）列为第1类致癌物质〔4〕。

鉴于甲醛对人体健康的巨大危害，治理居室甲醛污染已成为广泛关注环境问题。目前居室甲醛污染常用的治理方式以物理方法和化学方法为主，但也有研究表明植物对居室空气甲醛污染也具有一定的消除作用，且植物还可起释氧固碳、降温增湿、减少辐射污染等作用，因而用植物治理居室甲醛污染已经成当今的热点之一〔5〕。国际上利用植物净化居室甲醛气体污染的研究最早开始于20世纪80年代初美国航天局（NASA）的Wolverton等人〔6-8〕。近些年国内外关于观赏植物对甲醛气体净化方面研究较多，但所研究的植物种类不多，国外较多的仅30多种〔7〕，国内最多的才60多种〔9〕，且多是选择绿萝、吊兰、常春藤等〔2〕园艺市场上常见的观赏植物进行研究〔10〕，而利用野生植物净化甲醛气体的研究尚未见报道。因此有必要继续寻找净化甲醛气体的专用植物。

云南大理苍山有着极其丰富的野生植物资源，其中种子植物164科，852属，2 503种〔11〕，存在大量潜在可应用于净化居室空气污染的植物种类。本文以大理苍山5种观赏价值较高、可引种驯化用于室内栽培的野生植物为研究材料，采用目前常用的密闭熏气法进行甲醛熏气处理，监测叶绿素含量、脯氨酸含量、丙二醛含量和过氧化物酶活性〔3〕等可以指示甲醛胁迫的植物生理指标，然后在此基础上综合分析这5种植物对甲醛的吸收效果和对甲醛气体的耐受性，从中筛选对甲醛吸收效果较好及耐受性较强的植物。本研究对寻找净化甲醛专用植物，补充当前国内园艺市场中用于净化室内空气的专用植物种类具有现实意义。

1 材料和方法

1.1供试材料试验材料为5种采集于大理苍山的野生草本花卉植物，置于实验室中进行4个月养护管理，使其适应实验室环境。试验时每种植物选择长势良好、整齐一致的植株4株，其中3株用于3个不同浓度的甲醛熏气试验，另一株作为空白对照置于没有甲醛气体的封闭舱内，试验进行3次重复。见表1。

表1 试验材料简介

1.2试验方法参照文献〔6〕的封闭舱，用厚度8 mm的普通玻璃制成4个规格为0.4 m×0.4 m×0.7 m的封闭舱，方法略有改动，即顶部玻璃可自由开闭并留有5 cm×10 cm长方形孔，用于仪器探头进入，长方形孔用略大的同材质玻璃封盖，顶部缝隙均用双面泡沫胶和凡士林密封。每个封闭舱内放入同种植物一盆，为减少盆器和栽培基质的影响，盆器和基质均用PE膜紧密包裹，期间控制封闭舱内的温度为20～25℃之间。

1.3甲醛浓度测定及试验材料处理采用阿格瑞斯WP6100甲醛测试仪测定封闭舱内甲醛浓度。通过预实验可知，使用移液枪分别注入1、2、3 μL 36%～40%的甲醛溶液，待其完全挥发后可使最终浓度达到（1±0.1）、（2±0.1）、（3±0.1）mg∕m3，分别为国际安全标准（0.08 mg∕m3）的12.5倍、25.0倍、37.5倍。在封闭舱内放入植物材料，并从预留的长方形孔处注入甲醛溶液后进行密封，待甲醛溶液挥发1 h即可完全挥发，以此时密闭舱内甲醛气体浓度作为初始浓度，24 h后的甲醛浓度为最终浓度，并取出植物材料〔3〕。将植物叶片全部剪除，采用数码相机和Photoshop软件测定植物叶面积〔12〕，植物材料的甲醛吸收量用最终浓度和最初浓度的差值表示，并用未放植物的空白封闭舱内甲醛浓度变化进行校正。之后采集生长良好、没有病虫害的叶片测定其叶绿素含量、脯氨酸含量、丙二醛含量和过氧化物酶活性4个生理指标。

1.4生理指标测定方法参照王学奎〔13〕方法，叶绿素含量（Chla+Chlb）的测定采用95%乙醇浸提法；脯氨酸含量的测定采用磺基水杨酸法；丙二醛（MDA）含量的测定采用硫代巴比妥酸法；过氧化物酶（POD）活性的测定采用愈创木酚法，以每分钟增加0.01个A值所需的酶量为1个活性单位（U）。以上生理指标每项重复测定3次。

1.5数据处理和统计分析试验数据使用软件SPSS 21.0进行单因素方差分析。

2 结果

2.1 5种植物材料对甲醛气体的净化效果的比较5种植物材料对甲醛均有一定的净化效果，甲醛浓度为1mg∕m3时5种野生植物的净化效果排序从大到小依次为：大理垂头菊（4.58 mg∕m2）＞岩白菜（2.98 mg∕m2）＞吉祥草（1.24 mg∕m2）＞裸花水竹叶（1.01 mg∕m2）＞早花象牙参（0.85 mg∕m2）；甲醛浓度为2 mg∕m3时5种野生植物的净化效果排序从大到小依次为：大理垂头菊（8.16 mg∕m2）＞岩白菜（6.10 mg∕m2）＞吉祥草（3.32 mg∕m2）＞裸花水竹叶（2.24 mg∕m2）＞早花象牙参（1.20 mg∕m2）；甲醛浓度为3 mg∕m3时5种野生植物的净化效果排序从大到小依次为：岩白菜（11.46 mg∕m2）＞大理垂头菊（11.42 mg∕m2）＞吉祥草（5.70 mg∕m2）＞裸花水竹叶（2.21 mg∕m2）＞早花象牙参（1.77 mg∕m2）。

2.2甲醛处理对植物材料生理生化指标的影响

2.2.1 叶绿素含量的变化 随着甲醛熏气处理浓度的变化，各植物出现略有不同的变化趋势。吉祥草和岩白菜随甲醛熏气处理浓度的升高，叶绿素含量呈下降趋势，其中吉祥草在甲醛熏气处理浓度达到2 mg∕m3和3 mg∕m3时叶绿素含量极显著低于对照组（P＜0.01）；岩白菜在甲醛熏气处理浓度达到3 mg∕m3时叶绿素含量极显著低于对照组（P＜0.01）。大理垂头菊和裸花水竹叶随甲醛熏气处理浓度的升高，叶绿素含量呈先升高后降低的趋势；其中大理垂头菊叶绿素含量在1 mg∕m3时极显著高于对照组（P＜0.01），在3 mg∕m3时又极显著低于对照组（P＜0.01），裸花水竹叶叶绿素含量在3个处理浓度下均显著高于对照组（P＜0.05），但在3 mg∕m3与2 mg∕m3处理间差异不显著。早花象牙参叶绿素含量随甲醛熏气处理浓度的升高略有升高或降低的趋势，但与对照之间差异不显著。见图1。

图1 不同浓度甲醛胁迫下植物叶绿素含量的变化

在同种甲醛处理浓度下，5种植物也表现出不同的趋势。未受甲醛胁迫情况下叶绿素含量变化为：吉祥草＞大理垂头菊＞岩白菜＞早花象牙参＞裸花水竹叶；而在1 mg∕m3浓度甲醛胁迫下早花象牙参的叶绿素含量超过岩白菜；在2 mg∕m3甲醛胁迫下裸花水竹叶叶绿素含量超过早花象牙参，在3 mg∕m3甲醛胁迫下裸花水竹叶和早花象牙参叶绿素含量均超过岩白菜。见图1。

2.2.2 脯氨酸含量的变化 随着甲醛熏气处理浓度的升高，各植物组织中脯氨酸含量呈不同程度的增长和略有降低的趋势。大理垂头菊和岩白菜脯氨酸含量随甲醛熏气处理浓度的升高增加最为显著，在1 mg∕m3时极显著高于对照组（P＜0.01），其中大理垂头菊脯氨酸含量在3 mg∕m3较2 mg∕m3略有下降，单位形成显著性差异水平；裸花水竹叶在甲醛熏气浓度达到2 mg∕m3时显著高于对照组（P＜0.05）；吉祥草和早花象牙参脯氨酸含量随甲醛熏气处理浓度的升高增加较不明显，当甲醛熏气处理浓度达到3 mg∕m3时显著高于对照组（P＜0.05）。见图2。

图2 不同浓度甲醛胁迫下植物脯氨酸含量的变化

在未受甲醛胁迫下，5种植物脯氨酸含量变化趋势为：吉祥草＞大理垂头菊＞早花象牙参＞岩白菜＞裸花水竹叶；在1 mg∕m3和2 mg∕m3甲醛胁迫下，大理垂头菊＞岩白菜＞吉祥草＞早花象牙参＞裸花水竹叶；在3mg∕m3甲醛胁迫下，吉祥草的脯氨酸含量较1mg∕m3和2 mg∕m3甲醛胁迫浓度下超过岩白菜。见图2。

2.2.3 丙二醛含量的变化 5种野生植物组织中丙二醛的含量仅在甲醛熏气处理组与对照组间呈显著增多或降低的趋势。其中大理垂头菊和岩白菜在甲醛熏气浓度达到3 mg∕m3时显著高于对照组（大理垂头菊P＜0.05，岩白菜P＜0.01）；吉祥草和裸花水竹叶在1 mg∕m3时显著高于对照组（吉祥草P＜0.01，裸花水竹叶P＜0.05），吉祥草在甲醛熏气浓度达到3其中大理垂头菊和岩白菜在甲醛熏气浓度达到3 mg∕m3时显著高于对照组（大理垂头菊P＜0.05，岩白菜P＜0.01）；吉祥草和裸花水竹叶在1 mg∕m3时显著高于对照组（吉祥草P＜0.01，裸花水竹叶P＜0.05），吉祥草在甲醛熏气浓度达到3 mg∕m3时显著高于2 mg∕m3时丙二醛含量（P＜0.05）；早花象牙参在1 mg∕m3时显著低于对照组（P＜0.05），显著高于2 mg∕m3时丙二醛含量（P＜0.05）；早花象牙参在1 mg∕m3时显著低于对照组（P＜0.05）。见图3。

在未受甲醛胁迫下，5种植物丙二醛含量变化趋势为：大理垂头菊＞吉祥草＞岩白菜＞早花象牙参＞裸花水竹叶；在1 mg∕m3和2 mg∕m3甲醛胁迫下，吉祥草＞大理垂头菊＞岩白菜＞裸花水竹叶＞早花象牙参；在3 mg∕m3甲醛胁迫下，岩白菜的丙二醛含量较1 mg∕m3和2 mg∕m3甲醛胁迫浓度下超过大理垂头菊。见图3。

图3 不同浓度甲醛胁迫下植物丙二醛（MDA）含量的变化

2.2.4 过氧化物酶活性的变化 5种不同野生植物中过氧化物酶含量水平差异较大，吉祥草叶片中过氧化物酶含量较高，而岩白菜和裸花水竹叶含量较少。大理垂头菊、岩白菜、裸花水竹叶和早花象牙参随甲醛熏气处理浓度的升高呈先上升后下降的趋势，其中大理垂头菊和岩白菜过氧化物酶含量峰值出现在2 mg∕m3的甲醛熏气处理组中，而裸花水竹叶和早花象牙参过氧化物酶含量峰值出现在1 mg∕m3的甲醛熏气处理组中；吉祥草叶片中过氧化物酶含量未受甲醛熏气的影响。见图4。

图4 不同浓度甲醛胁迫下植物过氧化物酶（POD）含量的变化

在未受甲醛胁迫下，5种植物过氧化物酶活性变化趋势为：吉祥草＞大理垂头菊＞早花象牙参＞岩白菜＞裸花水竹叶；在受甲醛胁迫的3种浓度下，吉祥草＞大理垂头菊＞早花象牙参＞裸花水竹叶＞岩白菜。见图4。

3 讨论

3.1植物对甲醛的耐受能力与生理生化指标的关系

3.1.1 植物对甲醛的耐受能力与单个生理生化指标的关系 植物叶绿素含量容易受到空气污染的影响，叶绿素的降解对空气污染有指示作用〔14〕。一般情况下，有害气体对植物的危害越大，叶绿素含量下降的幅度越大。植物受到甲醛气体胁迫时叶绿素含量下降幅度越小，说明植物对甲醛气体的抗性越强。本研究结果显示，岩白菜、吉祥草和裸花水竹叶叶绿素含量变化与理论结果相符；而大理垂头菊和裸花水竹叶的叶绿素含量随甲醛处理浓度增大出现先上升后下降的趋势，这可能是因为在一定浓度的甲醛胁迫下植物细胞严重失水，导致植物细胞含水量下降，使得叶绿素含量相对上升〔15〕；而在高浓度甲醛胁迫下，植物叶片中叶绿素和叶绿体蛋白的结合变疏松〔16〕，使得更多的叶绿素受到破坏，导致叶绿素含量下降。本文研究的5种植物叶绿素含量变化较小的为早花象牙参、岩白菜和裸花水竹叶，说明其对甲醛耐受性较强；而吉祥草对甲醛胁迫较敏感，耐受性较弱；大理垂头菊耐受性中等。

许多植物在逆境胁迫下，体内游离脯氨酸含量都增加。与此类似，在甲醛胁迫下植物叶片中脯氨酸的含量也会有所增加，使细胞保持正常的膨压，维持细胞正常的功能，因此植物在逆境胁迫下，脯氨酸含量增加越多，说明其对此胁迫的耐受力越差〔17〕。本研究结果显示，随受甲醛胁迫程度的增加，植物叶片中脯氨酸含量有不同程度的增加，其中大理垂头菊和岩白菜脯氨酸含量较对照组增加较多；吉祥草、裸花水竹叶和早花象牙参增加较少，说明吉祥草、裸花水竹叶和早花象牙参对甲醛胁迫耐受性较强，大理垂头菊和岩白菜对甲醛耐受性较弱。

丙二醛是膜脂过氧化的主要产物之一，长期以来用于衡量膜脂过氧化程度的一个公认指标〔18〕。本研究显示，大理垂头菊和岩白菜的丙二醛在甲醛熏气处理浓度达到3 mg∕m3时较对照组增加明显，说明在高浓度甲醛胁迫下对此类植物危害较大，而在较低浓度下危害较小；而吉祥草和裸花水竹叶在甲醛熏气处理浓度达到1 mg∕m3时显著高于对照组，说明此类植物对甲醛胁迫耐受性较弱；早花象牙参在受到甲醛胁迫后丙二醛浓度显著低于对照组，这与理论结果不符，可能是因为植物受逆境胁迫时细胞内代谢平衡被破坏，有利于自由基产生，过量自由基的毒害之一是引发或加剧膜脂过氧化作用，从而导致丙二醛含量增加〔19〕。而在受甲醛胁迫开始时植物保护酶产生的一种防御反应，酶活力增强，清除活性氧和自由基的能力增强，导致植物体内丙二醛含量下降〔20〕，此类植物对甲醛耐受性较强。

过氧化物酶活性可以反应某一阶段植物体内代谢活动的变化，植物在受到逆境的胁迫后，过氧化物酶活性随胁迫强度的变化一般呈现为先增大后减小的趋势，为单峰曲线型变化〔21-22〕。本研究所选5种植物中，大理垂头菊、岩白菜、裸花水竹叶和早花象牙参过氧化物酶活性呈先增加后降低的趋势，推测这些植物在本试验所设置的最高甲醛浓度条件下体内活性氧代谢已经明显受到抑制，处理的最高浓度超过了两种植物可以耐受的范围，其中大理垂头菊和岩白菜耐受的最高甲醛浓度在1～3 mg∕m3之间，裸花水竹叶和早花象牙参耐受的最高甲醛浓度在0～2 mg∕m3之间，更精确的甲醛耐受最高浓度仍需进一步试验证明。而吉祥草过氧化物酶活性未出现显著变化，则对甲醛胁迫耐受性较高。

3.1.2 综合4个生理生化指标分析植物对甲醛的耐受能力 本文所选定的4种生理生化指标均可指示植物对甲醛的耐受能力，但不同指标所指示的植物对甲醛耐受能力的强弱存在一定差异，若根据四个指标所指示的植物耐受能力的综合得分，可对本文5种植物材料对甲醛气体的耐受能力进行排序：大理垂头菊、岩白菜＞吉祥草、裸花水竹叶、早花象牙参。

3.2植物对甲醛的吸收能力与耐受能力之间的关系从5种植物对甲醛气体的净化效果及它们受到甲醛胁迫后生理生化指标的变化情况来看，植物对甲醛的吸收能力和耐受能力之间并不存在必然的联系。对甲醛净化效果强的植物种类，如大理垂头菊，对甲醛胁迫的耐受性不高，而岩白菜对甲醛胁迫的耐受性较高；对甲醛净化效果弱的植物种类，如早花象牙参对甲醛胁迫表现出较强的耐受性。同时，本研究还表明对甲醛吸收能力弱的植物耐受性也可能较弱〔23〕，如吉祥草对甲醛净化效果不高，表现出来的甲醛胁迫耐受性也不高。

3.3野生植物对甲醛气体净化效果及耐受能力的特点野生植物在对甲醛气体净化方面存在巨大潜力，与前人关于园艺市场上常见的植物种类的净化甲醛能力相比存在一定优势〔3，9，24〕。比如，在2 mg∕m3和3 mg∕m3甲醛浓度下，大理垂头菊、岩白菜的单位叶面积甲醛吸收量均高于曹受金等人对广东万年青、绿萝、虎尾兰、龟背竹、垂叶榕和四季秋海棠研究的试验数据〔24〕，这说明野生植物在净化室内甲醛气体方面存在巨大的应用价值。

本文研究中发现野生植物在净化甲醛气体方面可能存在的另一个特点是：综合比较5种野生植物对不同浓度甲醛胁迫下的净化效果，按从高到低排序为大理垂头菊、岩白菜＞吉祥草、裸花水竹叶、早花象牙参，而大理垂头菊和岩白菜的分布海拔（2 700 m～4 800 m）高于吉祥草、裸花水竹叶和早花象牙参（低于3 500 m）〔25〕，这可能与其海拔分布呈正相关性，这可能与较高海拔的植物具有较强的抗性有关。高山植物虽然地处恶劣的环境条件下，但其光合作用等生命过程并未明显减弱，而呈现出很强的适应性，这可能与其体内的抗氧化系统的保护有很大关系〔26〕，但仍需进一步的试验证明这一观点。

4 结论

在甲醛熏气处理浓度为1 mg∕m3和2 mg∕m3时单位叶面积吸收量从高到低依次为大理垂头菊、岩白菜、吉祥草、裸花水竹叶、早花象牙参；在3 mg∕m3时单位叶面积吸收量从高到低依次为岩白菜、大理垂头菊、吉祥草、裸花水竹叶、早花象牙参。

不同植物在甲醛熏气后表现出不同程度的生理生化指标的变化，综合分析结果表明大理垂头菊和岩白菜对甲醛的综合净化能力和耐受性较好。

本研究所选用的5种野生植物在一定程度上均可以有效吸收甲醛，说明在野生植物中寻找净化甲醛气体的专有植物具有巨大潜力。但高山植物引种驯化和野生植物用于园艺生产方面存在诸多问题，仍需进一步研究。

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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

（责任编辑 李 杨）

2016-03-23

2016-08-02

柏梦焱，硕士研究生，主要从事植物生理学、分子生物学相关研究. *通信作者：孔令芳，讲师.