苯污染胁迫下耐阴观叶植物APX活性变化研究

鲁敏谭蕾王晗吴天缘赵学明

(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)

0 引言

室内空气污染严重影响人类身体健康，是制约人类社会可持续发展的环境问题之一[1-2]。耐阴观叶植物是能长期在荫蔽环境中正常存活生长的植物，对于一定浓度范围内的大气污染物，不仅具有一定程度的抵抗力，而且也具有相当程度的吸收能力。耐阴观叶植物对室内化学污染抗性的强弱是决定其能否长期在污染环境中正常生长发育，进而稳定、持续、有效地发挥吸收净化能力的前提和基础[3-4]。因此，利用耐阴观叶植物净化化学污染已成为室内化学污染生态修复研究的热点和方向[5]。

苯是持久且难以降解的化学物质，也是室内空气污染含量最高的有害气体，被称为室内空气污染的“三大隐形杀手”之一，通过呼吸系统进入血液，危害人体内的淋巴细胞，有致癌、致畸、致突变等危害，严重威胁人们的生命健康安全[6-7]。利用耐阴观叶植物净化室内空气中苯的污染是一种行之有效的治理手段，而植物对苯抗性的强弱是其持续、稳定发挥吸收净化能力的前提[8]。近年来，诸多专家学者对植物的抗性及逆境胁迫进行了实验分析，身处污染环境中的植物会产生相应的生理生化反应，即苯气体被植物吸收后，植物体内的多种酶、非酶物质的含量或活性，以及植物叶片的结构、性能和植物的多种生命活动如蒸腾、光合、呼吸作用，均会产生一系列的变化，表现为植物对苯污染的抗性响应机制[9-12]。

植物体内的抗氧化酶系物可以抵御、清除活性氧，维持细胞膜稳定和植物的体态，增强植物的抗性，达到降低或清除毒害的效果，其中超氧化物歧化酶(Superoxide Dismutase，SOD)可催化超氧阴离子自由基歧化生成氧和过氧化氢；过氧化氢酶(Catalase，CAT)的活性增加可分解苯污染环境下植物的代谢废物过氧化氢；过氧化物酶(Peroxidase，POD)可催化过氧化氢氧化酚类或胺类化合物，与植物光合作用和呼吸作用相互影响[13-17]。抗坏血酸过氧化物酶(Aseorbate Peroxidase，APX)作为植物必不可少的抗氧化酶，可催化抗坏血酸与过氧化氢，促进植物体内的过氧化氢代谢转换，是叶绿体中清除过氧化氢的关键酶[7，18-20]。测定植物在苯污染胁迫后体内APX活性变化，是判断植物对苯污染胁迫的抗性能力强弱的重要依据，植物体内APX活性变化率越小，植物对苯污染的抗性能力越强[19，21]。植物的抗氧化酶系活性变化可以直观的体现植物对室内苯污染的净化作用，有利于探究室内耐阴观叶植物对室内生态环境的修复功效[22]。

目前，国内外相关研究多集中在植物对室内空气化学污染的吸收净化和抗性能力及其生理生化指标的研究上，对耐阴观叶植物酶类物质的研究多集中在SOD、POD和丙二醛(Malondialdehyde，MDA)活性，在污染胁迫中APX活性变化的研究少见报道。

选取8种常见室内植物，经熏气实验后，分析植物苯污染体内的APX活性，判断常见室内植物的抗性能力，为植物修复室内苯空气污染提供了数据与依据。

1 材料与方法

1.1 供试植物

供试植物由济南市花木联合开发公司提供。实验选取对室内化学污染净化修复效果较好的8种常见室内观叶植物(见表1)。供试材料选择土壤栽培基质一致，大小、长势一致，生长状态良好的植株。

表1 实验植物材料表

1.2 实验设计

实验在山东建筑大学省级环境实验中心进行。

实验采用模拟舱密闭熏气法处理实验植物[19]，采用长、宽、高均为0.8 m的玻璃立方体箱作为人工密闭熏气舱，箱内安装一台220 V、80 W的小型风扇，箱内温度控制在25℃，保持适宜光照和湿度。为保证箱体的密封性能，在放置实验植物之后，立即用密封条进行密封，减少箱内气体与外界的交换。

室内耐阴观叶植物在25、50、100 mg/m33个浓度苯环境中POD、MDA、叶绿素Chl的变化率明显，因此为直观体现植物APX对高苯浓度的反应，采用纯度为99%的苯设置3个浓度的苯浓度梯度，选取浓度为25、50、100 mg/m3，以不熏气为对照，采用随机区组3次重复设计，进行胁迫实验。

熏气前，将供试盆栽植物的叶片洗净并晾干，用塑料薄膜将土盆部分包扎密封，露出植株，并分批次放入相应的人工密闭熏气舱熏气24 h后采样，用去离子水将叶片洗净晾干，测定其APX含量。

1.3 样品测定

1.3.1 粗酶液的配置

(1)制备50 mmol/L、pH值为7.0的磷酸盐缓冲液(Phosphate Buffered Saline，PBS)，存放于广口瓶中。

(2)每个浓度植物熏气后，称取0.5 g的植物叶片3份，称取未熏气的0.5 g植物叶片1份，作为对照。剪碎叶片，放入研钵捣碎，加入石英砂，用少量PBS溶液研磨至匀浆。

(3)将研磨后的液体匀浆放入离心管中离心15 min，其转速为15 000 r/min，置于容量瓶中，用提取液定容，取清液即粗酶液，置于冰箱中备用。

1.3.2 样品测定

(1)选取4个清洗干净的比色皿，分别编号0～3。向1～3号比色皿中加入50 mmol/L、pH值为7.0的PBS溶液1.8 mL，加入15 mmol/L的抗坏血酸(Ascorbic Acid，AsA)溶液0.01 mL；0号比色皿中加入0.05 mmol/L、pH值为7.0的PBS溶液，作为对照组。

(2)向0～3号的4个比色皿中加入1 mL、0.3 mmol/L的过氧化氢后，即刻用紫外分光光度计进行测量，每间隔20 s测定样品溶液在290 nm波长下的吸光度A290，共测定5次数值后，计算APX的变化。

1.4 数据分析方法

使用电子表格Excel及统计产品与服务解决方案软件SPSS 17.0进行数据处理，采用方差和多重比较分析8种植物APX活性的变化及其抗性能力。多重比较分析采用了最小显著性差异(Least Significant Difference，LSD)法，差异显著水平为0.05。

2 结果与分析

8种实验植物在不同浓度的苯胁迫24 h后，其APX活性变化情况见表2。

表2 3种苯浓度胁迫下实验植物APX活性变化表

表2表明，不同浓度苯的熏气24 h后，8种植物的APX活性均呈不同程度的增大趋势。以苯浓度和植物种类为双因子，利用SPSS 17.0数据分析处理软件中的双因子方差分析方法，对供试植物的APX活性变化率进行方差分析，其结果见表3，其数据分析拟合优度R-Sq为99.9%，调整后其值为99.8%。

表3 3种苯浓度胁迫下实验植物APX活性变化方差分析表

由表3可知，8种植物的APX活性变化受植物种类、苯浓度以及二者交互作用的影响差异均达极显著水平。其中，苯浓度F值为12 282.584，大于植物种类的F值2 125.573，表明苯浓度较植物种类对8种耐阴观叶植物APX活性变化的影响更为显著。

2.1 25 mg/m3苯胁迫下室内耐阴观叶植物APX活性变化

8种室内植物在25 mg/m3苯胁迫环境下，对APX活性变化率进行单因素方差分析，结果见表4。其中，数据分析的拟合优度R-Sq为99.4%，调整后其值为99.1%。

表4 25 mg/m3苯胁迫下实验植物APX活性变化方差分析表

由表4可知，当苯浓度为25 mg/m3时，实验植物的APX活性变化受植物种类的影响差异达极显著水平。通过多重比较对供试植物的APX活性变化率进行分析，结果见表5，为编号为i的植物APX活性变化率的平均值，其LSD0.05数据分析结果为0.016058。

表5 25 mg/m3苯胁迫下实验植物APX活性变化多重比较表

表5表明，当苯浓度为25 mg/m3时，实验植物的APX活性均增大，其变化差异均达极显著水平。其中，X5的APX活性变化率最小，为9.44%，表明金边虎尾兰抗性能力最强；X8次之，为11.96%；X4的APX活性变化率最大，为37.62%，表明绿萝对此浓度苯污染胁迫下的抗性能力最弱。

由表5可见，在25 mg/m3苯胁迫浓度下，根据8种植物的APX活性变化情况，综合评定其抗性能力大小排序为:X5＞X8＞X7＞X6＞X1＞X2＞X3＞X4。

2.2 50 mg/m3苯胁迫下室内耐阴观叶植物APX活性变化

8种室内植物在50 mg/m3苯胁迫环境下，对其APX活性变化率进行单因素方差分析，结果见表6，其数据分析拟合优度R-Sq为99.4%，调整后其值为99.2%。

表6 50 mg/m3苯胁迫下实验植物APX活性变化方差分析表

由表6可知，当苯浓度为50 mg/m3时，植物种类对实验植物的APX活性变化影响差异达极显著水平。通过多重比较对供试植物的APX活性变化率进行分析，结果见表7，LSD0.05数据分析结果为0.016266。

由表7知，当苯浓度为50 mg/m3时，实验植物的APX活性均增大，其变化差异均达极显著水平。其中，X5 APX活性变化率最小为17.42%，表明X5金边虎尾兰抗性能力最强；X8次之，为22.06%；X4的APX活性变化率最大，为49.92%，表明绿萝对此浓度苯污染胁迫下的抗性能力最弱。

由表7可见，在50 mg/m3苯胁迫浓度下，根据8种植物的APX活性变化情况，综合评定其抗性能力大小排序为:X5＞X8＞X7＞X6＞X1＞X2＞X3＞X4。

表7 50 mg/m3苯胁迫下实验植物APX活性变化多重比较表

2.3 100 mg/m3苯胁迫下室内耐阴观叶植物APX活性变化

8种室内植物在100 mg/m3苯胁迫环境下，对其APX活性变化率进行单因素方差分析，结果见表8，其数据分析拟合优度R-Sq为99.9%，调整后其值为99.8%。

表8 100 mg/m3苯胁迫下实验植物APX活性变化方差分析表

由表8可知，当苯浓度为100 mg/m3时，8种实验植物的APX活性变化受植物种类的影响差异达极显著水平。通过多重比较对供试植物的APX活性变化率进行分析，结果见表9，其LSD0.05值为0.018319。

表9 100 mg/m3苯胁迫下实验植物APX活性变化多重比较表

表9表明，当苯浓度为100 mg/m3时，实验植物的APX活性变化差异均达极显著水平，且APX活性均增大。其中，X5的APX活性变化率最小为35.25%，表明金边虎尾兰抗性能力最强；X8次之，为40.59%；X4的APX活性变化率最大，为101.26%，表明绿萝对此浓度苯污染胁迫下的抗性能力最弱。

由表9可见，在100 mg/m3苯胁迫浓度下，根据8种植物的APX活性变化情况，综合评定其抗性能力大小排序为:X5＞X8＞X7＞X6＞X1＞X2＞X3＞X4。

根据以上分析可知，在25、50、100 mg/m33种苯胁迫环境下，8种实验植物的APX活性变化受植物种类的影响差异均达极显著水平，且同种植物的APX活性变化率随着苯胁迫浓度的增加而不断上升，这说明室内耐阴观叶植物对苯的反应也不断增加。因而8种耐阴观叶植物抗性能力大小排列顺序为:X5＞X8＞X7＞X6＞X1＞X2＞X3＞X4。

3 结论

通过上述研究可知:

(1)8种植物的APX活性变化受植物种类、苯浓度以及二者交互作用的影响差异均达极显著水平；苯浓度较植物种类对8种耐阴观叶植物APX活性变化的影响更为显著。

(2)在25、50、100 mg/m33种浓度的苯污染胁迫下，8种室内耐阴观叶植物的APX活性均增大。其中，APX活性变化率最小的植物为金边虎尾兰，分别为9.44%、17.42%、35.25%，其抗性能力最强；绿萝的APX活性变化率均最大，分别为37.63%、49.92%、101.26%，其抗性能力最弱。

(3)综合评定8种室内耐阴观叶植物对苯污染的抗性能力，从强到弱依次为金边虎尾兰、竹柏、长寿花、白鹤芋、吊兰、银边吊兰、猫眼竹芋、绿萝。