洋常春藤和金邊吊蘭對(duì)香煙煙霧的凈化效果與生理響應(yīng)

金婷婷　金夢(mèng)蝶　陳珍

摘要：以洋常春藤（Hedera helix L.）和金邊吊蘭（Chlorophtum comosum variegaturn Hort.）為研究對(duì)象，在長(zhǎng)、寬、高均為60 cm的玻璃裝置中，模擬人的吸煙方式，注入2支香煙，測(cè)定48 h內(nèi)CO和PM2.5濃度變化，觀察處理前后植物的表型變化，并測(cè)定植物葉片生理指標(biāo)變化，以研究2種垂吊植物對(duì)香煙煙霧凈化能力及生長(zhǎng)生理響應(yīng)。結(jié)果表明，洋常春藤和金邊吊蘭均可在一定程度上吸收或吸附CO與PM2.5，凈化密閉環(huán)境中的空氣，且洋常春藤的單位葉面積的凈化能力優(yōu)于金邊吊蘭；香煙煙霧處理對(duì)植物生長(zhǎng)產(chǎn)生了一定的影響，葉片出現(xiàn)黑褐色斑點(diǎn)或葉緣焦枯狀；香煙煙霧處理后，2種植物葉片活性氧（超氧陰離子和過(guò)氧化氫）水平顯著增加，造成膜脂過(guò)氧化產(chǎn)物丙二醛含量增加，植物通過(guò)增強(qiáng)過(guò)氧化物酶活性或增加脯氨酸的合成，抵御傷害，且金邊吊蘭的抗性強(qiáng)于洋常春藤。

關(guān)鍵詞：香煙煙霧；洋常春藤（Hedera helix L.）； 金邊吊蘭（Chlorophtum comosum variegaturn Hort.）；凈化

中圖分類(lèi)號(hào)：X173；S688.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：0439-8114（2018）18-0047-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.18.011 開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（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

隨著居住和工作條件的改善，現(xiàn)代人們?cè)谑覂?nèi)工作和休息時(shí)間占90%左右，室內(nèi)空氣污染已成為危害人類(lèi)健康的“隱形殺手”[1]。其主要來(lái)源于建筑及室內(nèi)裝飾材料、復(fù)印機(jī)、香煙煙霧、廚房油煙等[2]。其中，吸煙產(chǎn)生的香煙煙霧是最主要污染源之一，其成分復(fù)雜，含4 000余種物質(zhì)，包括煙堿（尼古?。⒁谎趸迹–O）、可吸入顆粒物（PM）、多環(huán)芳烴（PAHs）、亞硝酸胺、揮發(fā)性有機(jī)復(fù)合物（VOCs）和毒性重金屬等[3-5]。全世界約有11億人吸煙，每年吸煙6萬(wàn)億支；而中國(guó)吸煙人數(shù)達(dá)3.2億，且逐年遞增，另有7.4億不吸煙人群遭受環(huán)境煙草煙氣（ETS）的危害，到2020年每年將會(huì)有220萬(wàn)人死于煙草相關(guān)疾病[6，7]。吸煙可影響呼吸、消化、心血管、生殖、內(nèi)分泌等多個(gè)系統(tǒng)，引發(fā)肺癌、胃癌、生育能力下降、阿爾茨海默癥（老年癡呆）等疾病[4，7-14]。室內(nèi)空氣污染控制的主要途徑包括源頭控制、通風(fēng)控制和空氣凈化。利用綠色植物凈化空氣，成本低廉，操作方便，已廣泛應(yīng)用于甲醛、苯系物的凈化中[15]。然而利用綠色植物凈化香煙煙霧污染卻鮮有報(bào)道，僅有梁鳴等[16]研究了斑葉海棠（Begonia maculata Raddi）、絨毛香茶菜（Plectranthus hadiensis var. tomentosus）、檸檬天竺葵（Pelargonium graveolens）和白背三七[Gynura divaricata（L.） DC.]4種室內(nèi)觀賞植物對(duì)香煙煙霧的凈化效果，表明其均可在一定程度上吸收香煙煙霧，生理指標(biāo)檢測(cè)表明斑葉秋海棠耐受性最強(qiáng)。本試驗(yàn)對(duì)常見(jiàn)室內(nèi)觀賞植物洋常春藤（Hedera helix L.）和金邊吊蘭（Chlorophtum comosum variegaturn Hort.）對(duì)香煙煙霧的吸收與生長(zhǎng)生理響應(yīng)進(jìn)行研究，為日常室內(nèi)綠化布置、空氣凈化提供依據(jù)和應(yīng)用參考。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 供試植物 選用的園藝植物洋常春藤和金邊吊蘭盆栽均購(gòu)于花卉市場(chǎng)，長(zhǎng)勢(shì)基本一致。所用香煙為“紅塔山”牌（硬經(jīng)典100）。

1.1.2 試驗(yàn)裝置 參照趙明珠[17]的試驗(yàn)裝置，用8 mm厚的玻璃定制成長(zhǎng)、高、寬均為60 cm的密閉艙，艙內(nèi)總體積0.216 m3，玻璃膠封好。一側(cè)開(kāi)有直徑為1 cm的圓孔，用于注入煙氣，之后用膠布密封，上方玻璃蓋可打開(kāi)，接口處涂抹凡士林，以防氣體泄漏。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)處理 試驗(yàn)前將植物放置于相同環(huán)境下適應(yīng)一周，為避免盆栽基質(zhì)與微生物對(duì)本試驗(yàn)產(chǎn)生干擾，以保鮮膜覆蓋盆面，只暴露植株進(jìn)行熏蒸。試驗(yàn)設(shè)4組，A為無(wú)香煙煙霧且有植物且密閉；B為有香煙煙霧且無(wú)植物且密閉；C為有香煙煙霧且有植物且密閉；D為有香煙煙霧且有植物且通風(fēng)。通風(fēng)方式是每隔4 h通風(fēng)1次，每次通風(fēng)時(shí)將裝置上方敞開(kāi)60 cm×7 cm的口，通風(fēng)5 min。

香煙煙霧的釋放采用張永芳[18]被動(dòng)吸煙染毒的方法，具體做法是將香煙點(diǎn)燃后煙頭部分接導(dǎo)管，立即伸入密閉艙側(cè)孔，煙蒂插入注射器中，反復(fù)推拉，模擬人的吸煙方式，直至香煙燃盡，每支煙約抽3 min，保持推拉注射器的速度與用力一致使得輸出的煙氣量相同。每個(gè)密閉艙同時(shí)注入2支紅塔山香煙煙量。觀察植物生長(zhǎng)變化，48 h后測(cè)定生理指標(biāo)。

1.2.2 CO和PM2.5濃度監(jiān)測(cè) 從注煙1 h后開(kāi)始監(jiān)測(cè)密閉艙中CO和PM2.5濃度，每隔2 h測(cè)1次，連續(xù)監(jiān)測(cè)48 h。CO檢測(cè)儀為希瑪AS8700A，量程1～1 000 ppm，分辨率1 ppm，1 ppm CO等于1.145 mg/m3[19]；PM2.5濃度檢測(cè)儀為?，擜R830，量程1～1 000 μg/m3。用葉面積測(cè)定儀（浙江托普云農(nóng)科技股份有限公司，WMJ-B）測(cè)定每處理植物葉片總面積。

1.2.3 生理指標(biāo)測(cè)定 丙二醛（MDA）含量測(cè)定參照張志良等[20]的方法；超氧陰離子產(chǎn)生速率（O2·-）依據(jù)王愛(ài)國(guó)等[21]的方法；過(guò)氧化氫（H2O2）測(cè)定用Jana等[22]描述的方法；過(guò)氧化物酶（POD）活性測(cè)定采用愈傷木酚法，消光系數(shù)為26.6 L/（mmol·cm）[23]。脯氨酸以80%乙醇提取，含量測(cè)定采用茚三酮法。生理指標(biāo)測(cè)定均以鮮重為準(zhǔn)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)重復(fù)3次，數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示，以DPS軟件進(jìn)行單因素方差分析（LSD法）。

2 結(jié)果與分析

2.1 洋常春藤和金邊吊蘭對(duì)香煙煙霧部分成分的凈化效果

由圖1a、圖1b可知，在約0.2 m3的密閉空間中，2支香煙燃燒后CO濃度迅速升高到500 mg/m3以上，后隨著時(shí)間延長(zhǎng)逐漸消散。試驗(yàn)的2種垂吊植物洋常春藤和金邊吊蘭均可在一定程度上吸收香煙煙霧中的CO，洋常春藤的單位葉面積（m2）凈清除率為22.10%，金邊吊蘭單位葉面積凈清除率為15.80%。此外，通風(fēng)組4 h通風(fēng)1次，每次5 min，開(kāi)口約0.04 m2，由圖1可知，第1次通風(fēng)后CO濃度急劇下降，表明通風(fēng)的效果明顯。

香煙燃燒也會(huì)產(chǎn)生大量的可吸入顆粒物，測(cè)定PM2.5濃度變化可知所試植物的吸塵作用明顯，洋常春藤的單位葉面積凈清除率達(dá)79.22%，且清除速度快于金邊吊蘭（圖1c、圖1d）。

2.2 香煙煙霧脅迫對(duì)洋常春藤和金邊吊蘭生長(zhǎng)的影響

香煙煙霧處理對(duì)洋常春藤和金邊吊蘭的生長(zhǎng)產(chǎn)生了一定的影響，新葉出現(xiàn)黑褐色斑塊，葉緣焦枯，金邊吊蘭葉片還出現(xiàn)水漬狀區(qū)塊（圖2b、圖2e）。未經(jīng)香煙煙霧處理但密閉條件下48 h內(nèi)植物生長(zhǎng)正常（圖2a、圖2d）。香煙煙霧處理后每4 h伴有1次短時(shí)通風(fēng)處理，植物生長(zhǎng)也未見(jiàn)明顯表型變化（圖2c、圖2f）。

2.3 香煙煙霧處理下洋常春藤和金邊吊蘭的生理響應(yīng)

2.3.1 香煙煙霧處理對(duì)洋常春藤和金邊吊蘭活性氧和膜脂過(guò)氧化的影響 MDA是膜脂過(guò)氧化的產(chǎn)物。經(jīng)過(guò)香煙煙霧處理，洋常春藤葉片MDA含量上升至未經(jīng)香煙煙霧處理時(shí)的2.3倍；而香煙煙霧處理伴有短時(shí)通風(fēng)情況下MDA含量與未經(jīng)香煙煙霧處理相比未有顯著差異（圖3）。金邊吊蘭葉片MDA含量上升幅度相對(duì)較小，香煙煙霧處理且密閉條件下，MDA含量為未經(jīng)香煙煙霧處理的1.33倍，而香煙煙霧處理后即使后期通風(fēng)處理，MDA含量與未經(jīng)香煙煙霧處理相比也有顯著上升，增加20.7%（圖3）。

香煙煙霧在體外可產(chǎn)生大量的活性氧，包括O2·-、H2O2和羥自由基（·OH）等，能造成生物DNA氧化損傷[6]。結(jié)果表明，香煙煙霧處理會(huì)誘導(dǎo)所試2種植物葉片中活性氧增加（圖4a、圖4b），尤其是洋常春藤葉片活性氧劇增，處理間差異顯著，從而引起膜脂過(guò)氧化，造成植物氧化損傷（圖3）。

2.3.2 香煙煙霧處理對(duì)洋常春藤和金邊吊蘭POD活性和脯氨酸含量的影響 在逆境下，植物首先會(huì)啟動(dòng)自身的保護(hù)系統(tǒng)響應(yīng)環(huán)境變化，如增強(qiáng)抗氧化酶活性清除活性氧，增加脯氨酸、甜菜堿、可溶性糖和可溶性蛋白等小分子合成，調(diào)節(jié)滲透壓，穩(wěn)定生物大分子結(jié)構(gòu)。由圖5可知，2種植物均增強(qiáng)了POD活性，以清除H2O2，且增加了脯氨酸的合成。金邊吊蘭POD活性和脯氨酸含量增幅（169%和110%）均大于洋常春藤（41%和68%）（圖5、圖6）。綜上可知，金邊吊蘭對(duì)香煙煙霧的抗性可能強(qiáng)于洋常春藤。

3 討論

室內(nèi)觀賞植物對(duì)污染物的凈化具有選擇性，同種植物對(duì)不同污染物的清除效果不同，且不同植物對(duì)同種污染物的清除能力也不盡相同。如非洲茉莉（Fagraea ceilanica）吸收甲醛的能力較強(qiáng)，而金錢(qián)樹(shù)（Zamioculcas zamiifolia）則較弱，但金錢(qián)樹(shù)清除二甲苯的能力卻很強(qiáng)[24，25]。因此，學(xué)者們一直致力于適用植物品種的篩選與配置。香煙不完全燃燒發(fā)生熱裂解和熱化合反應(yīng)，產(chǎn)生大量致癌物、致突變物等有害物質(zhì)，造成DNA氧化損傷，微核形成，細(xì)胞癌變，嚴(yán)重危害生物健康[3-14，26，27]。因而室內(nèi)空氣中香煙煙霧污染的防控也亟待加強(qiáng)。本試驗(yàn)證實(shí)常見(jiàn)垂吊植物洋常春藤和金邊吊蘭均可在一定程度上吸收和吸附香煙煙霧產(chǎn)生的CO和PM2.5，加速空氣凈化。

植物對(duì)空氣污染物如甲醛、PM2.5的凈化與葉的形態(tài)結(jié)構(gòu)、著生角度、氣孔導(dǎo)度、表面分泌物等相關(guān)[25，28]。洋常春藤與金邊吊蘭葉片表面均較平滑，略有皺褶，沒(méi)有絨毛，氣孔位于下表皮[29]。從解剖結(jié)構(gòu)上來(lái)看，與洋常春藤同屬的常春藤（H. nepalensis var. sinens）葉片柵欄組織和海綿組織分化明顯，葉片密集堅(jiān)挺，氣孔密度大于金心吊蘭（C. capense var. medio-pictum）[30]。而與金邊吊蘭同屬的金心吊蘭、寬葉吊蘭等的葉片為等面型葉的結(jié)構(gòu)，沒(méi)有明顯的柵欄組織與海綿組織的分化[31]。洋常春藤可通過(guò)氣孔途徑和非氣孔途徑去除甲醛，并以前者為主[29]。本試驗(yàn)表明洋常春藤的CO吸收能力與滯塵能力均優(yōu)于金邊吊蘭，可能與其葉片結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有關(guān)。

在植物凈化空氣過(guò)程中，污染物對(duì)植物本身的影響也不溶忽視。有研究表明植物對(duì)空氣污染物的凈化能力與自身的抵抗能力無(wú)明顯正相關(guān)關(guān)系[15]。從表型來(lái)看，相同濃度的香煙煙霧處理，2種植物葉片均表現(xiàn)受害癥狀。撤去脅迫后，生長(zhǎng)可漸漸恢復(fù)。從生理指標(biāo)來(lái)看，2種植物葉片活性氧含量增加，造成膜脂過(guò)氧化損傷；植物啟動(dòng)抗氧化系統(tǒng)，增強(qiáng)POD等活性，清除活性氧；且洋常春藤的氧化損傷程度大于金邊吊蘭，而金邊吊蘭抗氧化能力強(qiáng)于洋常春藤。前期研究也表明，低光強(qiáng)下、低溫或甲醛處理下，洋常春藤表現(xiàn)出較強(qiáng)的環(huán)境響應(yīng)和自我修復(fù)能力，生理指標(biāo)變化明顯，可塑性大于吊蘭[29，30，32]。丁艷麗等[33]研究表明，葉片滯塵后，植物葉片脯氨酸含量呈現(xiàn)不同程度的升高。脯氨酸有利于維持細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能的完整，保護(hù)細(xì)胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定，還可保護(hù)細(xì)胞內(nèi)抗性相關(guān)的酶，使器官組織中的生物分子免受有毒氣體傷害。本試驗(yàn)中，金邊吊蘭的POD和脯氨酸上升幅度較大，說(shuō)明其對(duì)香煙煙霧的抗性強(qiáng)于洋常春藤。這與歐佳等[34]的研究結(jié)果一致，認(rèn)為蘆薈（Aloe vera）和吊蘭（C. comosum）抗性能力較強(qiáng)，適合作甲醛吸收植物；綠籮（Epipremnum aureum）和常春藤甲醛吸收能力較強(qiáng)但抗性弱，適合作甲醛指示植物。

綜上所述，洋常春藤與金邊吊蘭均可在一定程度上凈化香煙煙霧，且植物的生長(zhǎng)與生理均受到了影響，葉片細(xì)胞受到氧化損傷，植物會(huì)啟動(dòng)相應(yīng)的保護(hù)系統(tǒng)抵御香煙煙霧的毒害。洋常春藤對(duì)香煙煙霧的凈化能力優(yōu)于金邊吊蘭，而金邊吊蘭的抗性強(qiáng)于洋常春藤。

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