甲醛對(duì)波斯頓蕨生長(zhǎng)的毒理學(xué)

摘要：以波斯頓蕨為材料，通過(guò)測(cè)定其在不同濃度甲醛處理下的各種生理指標(biāo)的變化情況，研究蕨類植物吸收室內(nèi)甲醛的能力。結(jié)果表明，在不同濃度甲醛的處理下，葉綠素含量呈先升后降趨勢(shì)，而葉綠素a/b比值呈先降低后升高的趨勢(shì)，MDA含量逐漸累積，脯氨酸含量呈增加趨勢(shì)。波斯頓蕨對(duì)低濃度的甲醛具有一定的抗性。

關(guān)鍵詞：波斯頓蕨；甲醛；脯氨酸；葉綠素a/b比值；葉綠素；丙二醛；毒理學(xué)

中圖分類號(hào)：S482.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2016）19-4978-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.19.020

Abstract：Nephrolepis exaltata（L.） Schott. cv. bostoniensis was choosed to assess the damage to indoor foliage plants caused by formaldehyde. Four groups of Boston fern in similar conditions were treated with formaldehyde in 2.5、5、7.5、10 mg/m3 respectively. And we put them into four 5 000 mL airtight containers，setting air as control group. Every day some indexes would be measured，such as：chlorophyll concentration in the leaves，the proportion of chlorophyll a and chlorophyll b，the content of MDA and the Proline content. The results showed that the contents of the Chla，Chlb，Chl increased at first and then decreased，on the contrary，the proportion of chlorophyll a and chlorophyll b decreased at first and then increased，What’s more， with the concentration of poisonous gases growing，the density of Proline and MDA increased.

Key words：Nephrolepis exaltata（L.） Schott. cv. bostoniensi；formaldehyde；proline；chlorophylla/b；chlorophyll；MDA；toxicology

家居環(huán)境是人類生活、休息、活動(dòng)的主要環(huán)境。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，居住環(huán)境、居室的裝修日趨豪華，由此引發(fā)的家居甲醛污染及對(duì)人體健康的危害日益嚴(yán)重，成為突出的公共衛(wèi)生問(wèn)題[1]。

“室內(nèi)空氣污染”是倍受人們關(guān)注的第三大污染類型[2]。而甲醛是引起室內(nèi)空氣污染的主要成分。甲醛的釋放期較長(zhǎng)，一般為3～15年，是室內(nèi)污染的重要指示物[3，4]。甲醛具有防腐、消毒的功能，主要應(yīng)用于塑料、橡膠、樹(shù)脂、膠合板以及粘合劑的生產(chǎn)。甲醛化學(xué)性質(zhì)活潑，可自行聚合為高分子的多聚甲醛。甲醛聚合物受熱易發(fā)生解聚，在室溫下放出氣態(tài)甲醛[5]。室內(nèi)甲醛的主要來(lái)源是香煙的燃燒和多種裝飾材料的大量使用，如含甲醛的樹(shù)脂、泡沫塑料、油漆和紡織品等。甲醛對(duì)皮膚和黏膜有強(qiáng)烈的刺激作用，可使細(xì)胞中的蛋白質(zhì)凝固變性，抑制細(xì)胞的正常生理功能，損傷肝臟、腎臟、血液系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、中樞神經(jīng)系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)等[5-8]。

鑒于此，對(duì)室內(nèi)甲醛污染危害的研究越來(lái)越深入，對(duì)甲醛污染治理的需求越來(lái)越迫切；而利用植物來(lái)吸收有害氣體和不良異味，降低室內(nèi)有害氣體的濃度，是一種經(jīng)濟(jì)、有效、綠色的治理方法。本試驗(yàn)擬通過(guò)室內(nèi)觀葉植物波斯頓蕨對(duì)甲醛污染的反應(yīng)，探討植物對(duì)甲醛的抗性及毒理學(xué)變化，為尋找既凈化室內(nèi)空氣又美化環(huán)境的理想植物材料提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)計(jì)

在山東省威海市藝魂花屋購(gòu)買生長(zhǎng)狀況基本一致的波斯頓蕨，自制玻璃容器（長(zhǎng)50 cm×寬50 cm×高40 cm）作為甲醛脅迫試驗(yàn)裝置。

按容器體積比用移液槍注入甲醛，打開(kāi)微型風(fēng)扇讓甲醛充分均勻揮發(fā)，密封容器，使甲醛蒸氣充滿容器，制成2.5、5.0、7.5、10.0 mg/m3 4個(gè)濃度，以注入空氣為對(duì)照，編號(hào)分別為1、2、3、4、5組。

1.2 染毒方法

取生長(zhǎng)狀況良好且大小一致的波斯頓蕨枝條，于含有Hoagland培養(yǎng)液的三角錐瓶培養(yǎng)，然后分別放入不同甲醛濃度的容器中，室溫下培養(yǎng)。試驗(yàn)時(shí)間為5 d，每天更換一次甲醛溶液，連續(xù)染毒。

1.3 生理指標(biāo)測(cè)定及數(shù)據(jù)處理

丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸法測(cè)定[9]；脯胺酸含量采用磺基水楊酸浸提法測(cè)定[9]；葉綠素含量的測(cè)定參照張志良的方法[10]略有改動(dòng)。分別做3組平行測(cè)試，求平均值。利用SPSS軟件系統(tǒng)，采用方差分析法檢驗(yàn)不同處理的樣品間及與對(duì)照間的差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 甲醛對(duì)波斯頓蕨葉片中葉綠素含量的影響

從圖1、圖2、圖3可以看出，無(wú)論是隨著時(shí)間的變化還是隨著甲醛濃度的變化，葉綠素含量的大體趨勢(shì)都是先升后降，葉綠素a（Chla）、葉綠素b（Chlb）和葉綠素總含量（Chl）在不同處理之間存在顯著差異。2.5 mg/m3甲醛處理的葉綠素含量與對(duì)照差異不顯著，說(shuō)明低濃度甲醛脅迫對(duì)波斯頓蕨葉綠素的傷害不大。5 mg/m3處理時(shí)，Chla、Chlb、Chl的含量與對(duì)照相比迅速升高，這表明對(duì)波斯頓蕨傷害嚴(yán)重，同時(shí)促進(jìn)植物產(chǎn)生傷害應(yīng)激反應(yīng)，刺激葉綠素含量的提高[11]，隨著甲醛濃度繼續(xù)升高，葉綠素含量又降低，說(shuō)明波斯頓蕨對(duì)高濃度的甲醛脅迫適應(yīng)能力弱。從總體上看，波斯頓蕨對(duì)甲醛有一定的抗性。

2.2 甲醛對(duì)波斯頓蕨葉片葉綠素a/b值的影響

從圖4可以看出，葉綠素a/b比值大致呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)，葉片含水量及葉綠素a、葉綠素b含量在逆境環(huán)境（如干旱處理）前期出現(xiàn)增加的現(xiàn)象，可能是由于早期輕度的逆境脅迫促進(jìn)了葉片對(duì)水分的吸收和貯藏及葉綠素a、葉綠素b的合成。有學(xué)者認(rèn)為，葉綠素含量的增加可能與植物對(duì)環(huán)境因子的補(bǔ)償和超補(bǔ)償效應(yīng)有關(guān)[13]。

研究表明，葉綠素a/b比值降低，有利于葉片維持較大比例的捕光色素，從而有利于植物吸收更多的光能[12，13]；葉綠素a對(duì)活性氧的反應(yīng)較葉綠素b敏感，逆境（如干旱）條件下葉片葉綠素a/b比值與品種抗逆性（如抗旱性）呈顯著負(fù)相關(guān)[14]。

2.3 甲醛對(duì)波斯頓蕨葉片丙二醛含量的影響

從圖5可以看出，隨著時(shí)間的推移，MDA含量逐漸累積。其主要原因可能是在甲醛處理下，雖然植物的酶系統(tǒng)功能加強(qiáng)，但其調(diào)節(jié)能力有限，因而體內(nèi)積累過(guò)剩的氧自由基，這些氧自由基引起膜的過(guò)氧化，產(chǎn)生大量的MDA，使MDA含量上升。在甲醛處理5 d后，MDA含量有不同程度的下降，其主要原因可能是植物受脅迫太嚴(yán)重，造成其死亡。

在正常的生長(zhǎng)條件下，植物體內(nèi)的活性氧自由基以動(dòng)態(tài)平衡的方式維持植物體內(nèi)正常的代謝過(guò)程。而植物在低溫、干旱、滲透和強(qiáng)紫外輻射等逆境生理脅迫下，體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生大量H2O2類活性氧自由基[15]。當(dāng)活性氧的產(chǎn)生和清除之間的平衡被破壞以后，植物體內(nèi)的自由基代謝發(fā)生紊亂，使防御系統(tǒng)失去平衡而導(dǎo)致細(xì)胞膜脂質(zhì)過(guò)氧化，產(chǎn)生大量的丙二醛（MDA），植物也會(huì)隨之產(chǎn)生氧化傷害現(xiàn)象[16]。MDA含量可以反映植物遭受逆境傷害的程度。MDA積累越多，表明組織的保護(hù)能力越弱[17]。

2.4 甲醛對(duì)波斯頓蕨葉片脯氨酸含量的影響

從圖6可以看出，隨著有毒氣體濃度的增大，各處理組脯氨酸含量呈增加的趨勢(shì)，排除個(gè)別誤差，高濃度處理組的脯氨酸含量明顯高于低濃度組。

關(guān)于脯氨酸增加植物抗逆性機(jī)理，目前研究認(rèn)為逆境條件下，游離脯氨酸大量積累[18]。為應(yīng)對(duì)滲透脅迫，一些植物累積可溶性滲透物質(zhì)，如脯氨酸、甜菜堿和糖醇等，作為大分子的滲透保護(hù)物質(zhì)[19]，其中脯氨酸是分布最廣的滲透劑。有關(guān)研究表明，脯氨酸具有多種功能，可作為一種迅速利用的能源、氮源和碳源[20-23]，并且具有降低滲透脅迫所造成的氧傷害作用[24]；也可作為受旱期間植物生成氨的解毒劑，當(dāng)植物受到環(huán)境脅迫時(shí)，植物體內(nèi)游離的脯氨酸積累增加，使植物在逆境下增強(qiáng)滲透調(diào)節(jié)能力[25，26]。

3 小結(jié)與討論

不利的生長(zhǎng)環(huán)境會(huì)使葉綠體的片層結(jié)構(gòu)受損，葉綠素含量下降，最終導(dǎo)致光合作用下降。從本試驗(yàn)來(lái)看，低濃度甲醛脅迫對(duì)波斯頓蕨葉綠素不會(huì)造成傷害，即波斯頓蕨有一定的吸收甲醛的能力。

脯氨酸和丙二醛含量的變化是判斷植物組織受傷害程度的指標(biāo)。當(dāng)植物受到環(huán)境脅迫時(shí)，植物體內(nèi)游離的脯氨酸和丙二醛積累增加。本試驗(yàn)也證明了這一點(diǎn)，隨著處理組甲醛濃度的增大波斯頓蕨脯氨酸和MDA含量均逐漸升高。

本試驗(yàn)結(jié)果表明，用波斯頓蕨植物來(lái)吸收甲醛是有效的，與用藥物處理甲醛相比，用植物清除甲醛更綠色環(huán)保[27，28]，綠色植物能凈化空氣、改善環(huán)境條件。

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