甲醛和苯復(fù)合污染下懸垂植物葉綠素含量變化

魯敏周智敏譚蕾張凌方

(1.山東建筑大學(xué) 學(xué)報編輯部，山東 濟南250101；2.山東建筑大學(xué) 藝術(shù)學(xué)院，山東 濟南250101)

0 引言

隨著人類社會發(fā)展進程的加快，現(xiàn)代人的工作、生活方式也發(fā)生了轉(zhuǎn)變，人們在室內(nèi)工作、學(xué)習(xí)及生活的時間逐漸增多，約有＞80%的時間都在室內(nèi)度過，為此室內(nèi)空間作為現(xiàn)代人們長期工作、生活的主要場所，已成為決定并直接影響人們身心健康的重要人居生態(tài)環(huán)境[1-3]。 然而，當(dāng)今人類已經(jīng)進入了以室內(nèi)化學(xué)污染為主的“第三污染期”，尤其是稱之為“室內(nèi)三大隱形殺手”的甲醛和苯是室內(nèi)化學(xué)污染的主要污染物，具有強致癌性，并對人類的生命健康與安全具有嚴(yán)重的威脅，因而尋求安全、有效地清除室內(nèi)化學(xué)污染的手段已經(jīng)成為當(dāng)前人們研究的重點與難點[2，4-8]。

諸多研究表明，植物對室內(nèi)甲醛和苯等化學(xué)污染有很強的吸收、凈化能力，而室內(nèi)植物可以在室內(nèi)環(huán)境空間長期、穩(wěn)定的生長，不僅具有極高的觀賞價值，而且還具有吸碳放氧、殺菌保健等多種功能，所以利用植物治理室內(nèi)化學(xué)污染具有安全、美觀、經(jīng)濟、持續(xù)高效等優(yōu)點，目前已成為室內(nèi)化學(xué)污染生態(tài)修復(fù)技術(shù)的前沿和熱點[9-15]。 植物對室內(nèi)污染物必須具有較強的抗性，才能在污染環(huán)境中生存并能生長良好，此為室內(nèi)植物能夠最大限度并長期可持續(xù)發(fā)揮對污染物吸收凈化能力的前提和基礎(chǔ)，為此研究室內(nèi)植物對化學(xué)污染物的抗性能力，以篩選抗性強的室內(nèi)植物是凈化、修復(fù)室內(nèi)污染的有效途徑和重要手段[16-17]。

植物葉片作為植物與外界環(huán)境進行氣體交換的主要場所，葉片上的氣孔是植物呼吸的通道，當(dāng)植物受到室內(nèi)空氣化學(xué)污染的侵害時，會在植物葉片產(chǎn)生生理反應(yīng)，通過測定植物體內(nèi)各項生理生化指標(biāo)的變化情況，可以了解植物對室內(nèi)化學(xué)污染的抗性能力大小和強弱。 其中植物體內(nèi)葉綠素(Chl)含量變化是判斷植物受室內(nèi)空氣化學(xué)污染脅迫下抗性大小的重要依據(jù)[18]。

Chl 是植物的主要光吸收色素，在室內(nèi)化學(xué)空氣污染等不良環(huán)境迫害下，由于組織缺水導(dǎo)致植物葉片氣孔關(guān)閉，使葉綠體受傷，致使植物體內(nèi)部分參與光合作用的酶變性甚至失去活性，從而使Chl 的含量降低[19-21]。 以往研究表明，室內(nèi)化學(xué)空氣污染氣體的濃度和脅迫時間與植物體內(nèi)Chl 含量變化率成正比例關(guān)系[22]。 不同植物處在同樣的污染環(huán)境中，體內(nèi)Chl 含量變化率也有所不同，抗性植物體內(nèi)受到的Chl 合成抑制性較小，植物體內(nèi)Chl 含量變化率越小，表明其對空氣污染的抗性較強[23]。 通過測定經(jīng)室內(nèi)空氣化學(xué)污染前后植物體內(nèi)的Chl 含量及其變化率，能夠篩選出對室內(nèi)空氣化學(xué)污染抗性較強的植物[19]。

目前室內(nèi)植物治理甲醛和苯單一污染的研究較多，對甲醛和苯的復(fù)合污染抗性研究報道較少[24]。但是室內(nèi)污染并不是單一的某種污染物質(zhì)，室內(nèi)環(huán)境污染物質(zhì)是多種復(fù)合、長期動態(tài)變化的過程，因此研究不能局限于單一的甲醛和苯的污染[25]。 室內(nèi)懸垂植物以其優(yōu)美的造型和靈活的室內(nèi)空間布置，而備受居民的青睞，成為了室內(nèi)植物觀賞應(yīng)用的主要類型。 為了研究室內(nèi)懸垂植物對甲醛和苯的復(fù)合污染的抗性能力，研究采用人工熏氣模擬實驗，通過方差分析和多重比較及差異顯著性檢驗，分析8 種常見的室內(nèi)懸垂植物在3 種不同濃度甲醛和苯脅迫下的Chl 含量變化，并運用隸屬函數(shù)值法對室內(nèi)懸垂植物的抗性能力與強弱進行綜合評價排序，從而為選擇高效清除室內(nèi)化學(xué)污染的植物提供科學(xué)依據(jù)[26]。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

1.1.1 實驗地點

實驗在山東建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院實驗室中進行。

1.1.2 植物試材

選用栽培養(yǎng)護年限和株形大小與高度基本一致、生長狀態(tài)良好、栽培基質(zhì)特性等皆相同的室內(nèi)懸垂植物共8 種，見表1。

表1 植物試材表

1.2 實驗方法

1.2.1 實驗設(shè)計(1) 實驗設(shè)備

采用模擬艙密閉熏氣法進行植物熏氣實驗[27-28]。 選擇4 個普通玻璃材質(zhì)厚度為8 mm 的熏氣箱，分別標(biāo)記為1 ～4 號，箱體邊長均為80 cm，熏氣箱頂蓋能夠自由拉動，其他箱體部位則用玻璃膠密封之后涂抹少量凡士林試劑；將實驗植物與實驗試劑放入熏氣箱后立即封閉頂蓋，并用海綿膠帶纏繞密封，避免氣體外泄。

(2) 實驗環(huán)境

將熏氣箱內(nèi)的相對濕度控制為60%，溫度控制在(25±0.5) ℃。 為促進甲醛和苯溶液的揮發(fā)，在熏氣箱內(nèi)各放置一個小型風(fēng)扇(安裝功率為80 W、額定電壓220 V)。 保證4 個熏氣箱內(nèi)基本環(huán)境一致。

(3) 植物處理

在1 號熏氣箱內(nèi)放入1 盆受試植物但不注入甲醛和苯溶液，作為空白對照組；另取3 盆植物分別放入2～4 號熏氣箱，并分別注入定量的甲醛和苯溶液，隨即密封熏氣箱，對植物熏氣處理24 h。

(4) 實驗濃度設(shè)置

依據(jù)國家室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(0.10 mg/m3的甲醛和0.11 mg/m3的苯)分別設(shè)立3 個甲醛和苯復(fù)合濃度梯度為F1(1.0 mg/m3的甲醛和1.1 mg/m3苯的復(fù)合)、F2(3.0 mg/m3的甲醛和3.3 mg/m3的苯復(fù)合)和F3(5.0 mg/m3的甲醛和5.5 mg/m3的苯復(fù)合)，其中甲醛和苯濃度分別為國家標(biāo)準(zhǔn)的10、30、50倍；以CK 為對照組，甲醛和苯的濃度均為0，具體見表2。 熏氣24 h后，隨機采取實驗植物的葉片，測定實驗植物的Chl 含量變化，重復(fù)3 次，并記錄數(shù)據(jù)。

表2 甲醛和苯復(fù)合污染濃度設(shè)置表/(mg·m-3)

1.2.2 指標(biāo)測定方法

(1) 按照1∶1 的比例將95%的丙酮和95%的乙醇放入燒杯中混合，用攪拌棒充分?jǐn)嚢杈鶆蚝螅渲瞥梢掖急旌弦?，放入茶色廣口瓶，并置于陰暗處進行遮光密封儲存。

(2) 將熏氣24 h 后的植物從玻璃熏氣箱內(nèi)取出，在植株冠層采用對角線取樣法在樣點部位采取適量的植物葉片，沖洗后擦干、剪碎，混合均勻，稱取0.05 g 作為一次重復(fù)實驗的植物試材樣品放入大比色管中，并向其中加入10 mL 的乙醇丙酮溶液，遮光密封靜置36 h 備用。

(3) 吸取大比色管中經(jīng)過36 h 后遮光密封靜置的溶液上清液5 mL，放置于比色皿中，使用紫外分光光度計，在663、645 nm 波長下，分別測定其吸光光度值。

(4) 將讀取出的吸光光度值由式(1)～(3)表示為

植物葉片中總Chl 的含量由式(4)表示為

式中:Ca為葉綠素a 的質(zhì)量濃度，g/L；Cb為葉綠素b 的質(zhì)量濃度，g/L；C(a+b)為總?cè)~綠素的質(zhì)量濃度，mg/L。

1.3 統(tǒng)計分析方法

利用Excel 軟件對實驗測定的葉綠素含量數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計計算，并通過SPSS 24.0 分析軟件進行方差分析、多重比較及差異顯著性檢驗后，運用隸屬函數(shù)值法對8 種室內(nèi)懸垂植物的抗性能力與強弱進行綜合評價排序[29]。

2 結(jié)果與分析

在3 種不同濃度(F1、F2、F3)甲醛和苯復(fù)合污染脅迫24 h 后，實驗植物體內(nèi)Chl 含量變化結(jié)果見表3。

通過分析表3 數(shù)據(jù)可知，受甲醛和苯復(fù)合污染后植物體內(nèi)Chl 含量與對照相比均呈下降趨勢，且Chl 含量變化率隨脅迫濃度的增加而增大。 將實驗植物種類和甲醛和苯復(fù)合污染的濃度作為兩個因素，對實驗植物體內(nèi)Chl 含量變化率進行雙因子方差分析，其結(jié)果見表4。

表3 不同濃度甲醛和苯復(fù)合污染后植物Chl 含量變化表

表4 不同濃度甲醛和苯復(fù)合污染后Chl 含量變化率方差分析表

通過分析表4 數(shù)據(jù)可知，植物種類與甲醛和苯復(fù)合污染的脅迫濃度對實驗植物體內(nèi)Chl 含量變化率的影響都達極顯著水平，以及兩因素之間的交互作用對實驗植物體內(nèi)的Chl 含量變化率的影響也達到極顯著水平；且脅迫濃度均方比F為224.063，遠遠大于植物種類的58.884，表明脅迫濃度的對植物體內(nèi)Chl 含量變化率的影響比植物種類更顯著。

2.1 F1 濃度下Chl 含量變化結(jié)果與分析

F1 濃度甲醛和苯復(fù)合污染脅迫下，對不同種類的實驗植物進行Chl 含量變化率的單因素方差分析，分析結(jié)果見表5。

通過分析表5 數(shù)據(jù)可知，當(dāng)甲醛和苯復(fù)合污染的濃度為F1 濃度時，植物種類對植物體內(nèi)Chl 含量變化率的影響差異達極顯著水平，對其進行多重比較，結(jié)果見表6。

通過分析表6 數(shù)據(jù)可知，在甲醛和苯復(fù)合脅迫污染的濃度為F1 時，8 種實驗植物中，A3(綠蘿)的Chl 含量變化率除與A4 差異不顯著以外，與其他植物差異皆達極顯著水平；A4(金邊吊蘭)的Chl 含量變化率除與A2 差異不顯著以外，與A1、A5、A8、A7之間的差異達極顯著水平，與A6 有顯著差異；A2(吊竹梅)的Chl 含量變化率與A6 無顯著差異，與A7 差異達顯著水平，與A1、A5、A8 的之間差異達極顯著水平；A6(全綠吊蘭)的Chl 含量變化率與A1、A5 的之間差異達極顯著水平，與A8 差異達顯著水平，與A7 差異不顯著；A7(銀邊吊蘭)的Chl 含量變化率與A1 差異極顯著，與A5 差異達顯著水平，與A8 差異不顯著；A8(銀心吊蘭)的Chl 含量變化率與A1 達顯著水平，與A5 差異不顯著；A5(金心吊蘭)的Chl 含量變化率與A1 無顯著性差異。

受F1 濃度甲醛和苯復(fù)合污染脅迫后，8 種實驗植物體內(nèi)的Chl 含量較空白實驗對照組均有所降低。 其中，A3(綠蘿)體內(nèi)的Chl 含量變化率達40.33%，變化率最大，表明其在F1 濃度甲醛和苯復(fù)合污染脅迫下的抗性最弱；A1(常春藤)體內(nèi)的Chl含量變化率僅為9.44%，變化率最小，表明在F1 濃度甲醛和苯復(fù)合污染脅迫下，A1(常春藤)在8 種室內(nèi)懸垂植物中的抗污染能力最強。

通過分析實驗得出的不同實驗植物體內(nèi)的Chl變化率，當(dāng)甲醛和苯復(fù)合污染的濃度為F1 時，綜合評價8 種實驗植物對甲醛和苯復(fù)合污染的抗性能力為:A2(吊竹梅)、A4(金邊吊蘭)和A3(綠蘿)的抗性能力最弱，A6(全綠吊蘭)、A7(銀邊吊蘭)、A8(銀心吊蘭)抗性能力次之，A1(常春藤)和A5(金心吊蘭)的抗性能力最強。

表5 F1 濃度下植物Chl 含量變化率方差分析表

表6 F1 濃度下植物Chl 含量變化率多重比較表

2.2 F2 濃度下Chl 含量變化結(jié)果與分析

F2 濃度甲醛和苯復(fù)合污染脅迫下，對不同種類的實驗植物進行Chl 含量變化率的單因素方差分析，分析結(jié)果見表7。

通過分析表7 數(shù)據(jù)可知，當(dāng)甲醛和苯復(fù)合污染的濃度為F2 濃度時，植物種類對植物體內(nèi)Chl 含量變化率的影響差異達極顯著水平，對其進行多重比較，結(jié)果見表8。

表7 F2 濃度下植物Chl 含量變化率方差分析表

表8 F2 濃度下Chl 含量變化率多重比較表

通過分析表8 數(shù)據(jù)可知，在甲醛和苯復(fù)合脅迫污染的濃度為F2 時，8 種實驗植物中，A3(綠蘿)的Chl 含量變化率除與A4、A2 差異不顯著以外，與其他植物之間差異皆達極顯著水平；A2(吊竹梅)的Chl 含量變化率除與A4 差異不顯著以外，與A1、A5、A7、A8、A6 之間的差異皆達極顯著水平；A4(金邊吊蘭)的Chl 含量變化率與A1、A5、A7、A8 的差異達極顯著水平，與A6 有顯著差異；A6(全綠吊蘭)的Chl 含量變化率與A8 之間差異不顯著，與A5、A7的差異達顯著水平，與A1 之間的差異達極顯著水平；A8(銀心吊蘭)的Chl 含量變化率與A1 之間的差異達極顯著水平，與A5、A7 差異不顯著；A7(銀邊吊蘭)的Chl 含量變化率與A1 的差異達極顯著水平，與A5 差異不顯著；A5(金心吊蘭)的Chl 含量變化率與A1 的差異達顯著水平。

受F2 濃度甲醛和苯復(fù)合污染脅迫后，8 種實驗植物體內(nèi)的Chl 含量較空白實驗對照組均有所降低。 其中，A3(綠蘿)體內(nèi)的Chl 含量變化率達48.25%，變化率最大，抗性能力最弱；A1(常春藤)體內(nèi)的Chl 含量變化率僅為14.90%，變化率最小，表明在F2 濃度下，A1(常春藤)在8 種室內(nèi)懸垂植物中的抗性能力最強。

通過分析實驗得出的不同實驗植物體內(nèi)的Chl變化率，當(dāng)甲醛和苯復(fù)合污染的濃度為F2 時，綜合評價8 種實驗植物對甲醛和苯復(fù)合污染的抗性能力為:A4(金邊吊蘭)、A2(吊竹梅)和A3(綠蘿)抗性能力最弱，A6(全綠吊蘭)、A7(銀邊吊蘭)、A8(銀心吊蘭)抗性能力次之，A5(金心吊蘭)和A1(常春藤)的抗性能力最強。

2.3 F3 濃度下Chl 含量變化結(jié)果與分析

F3 濃度甲醛和苯復(fù)合污染脅迫下，對不同種類的實驗植物進行Chl 含量變化率的單因素方差分析，分析結(jié)果見表9。

表9 F3 濃度下植物Chl 含量變化率方差分析表

通過分析表9 數(shù)據(jù)可知，當(dāng)甲醛和苯復(fù)合污染的濃度為F3 濃度時，植物種類對植物體內(nèi)Chl 含量變化率的影響差異達極顯著水平，對不同實驗植物Chl 含量變化率進行多重比較，結(jié)果見表10。

表10 F3 濃度復(fù)合污染下植物Chl 含量變化率多重比較表

通過分析表10 數(shù)據(jù)可知，在甲醛和苯復(fù)合脅迫污染的濃度為F3 時，8 種實驗植物中，A2(吊竹梅)的Chl 含量變化率除與A4 無顯著差異，與A3 差異顯著外，與其他植物之間的差異皆達極顯著水平；A4(金邊吊蘭)的Chl 含量變化率與A1、A5、A8 之間的差異達極顯著水平，與A7、A6、A3 的差異顯著；A3(綠蘿)的Chl 含量變化率與A1、A5 之間的差異達極顯著水平，與A8 差異顯著，與A7、A6 無顯著差異；A6(全綠吊蘭)的Chl 含量變化率與A1、A5 的之間差異達極顯著水平，與A8 差異達顯著水平，與A7差異不顯著；A7(銀邊吊蘭)的Chl 含量變化率與A1、A5 差異極顯著，與A8 差異達顯著水平；A8(銀心吊蘭)的Chl 含量變化率與A1 差異達極顯著水平，與A5 差異不顯著；A5(金心吊蘭)的Chl 含量變化率與A1 差異達極顯著水平。

受F3 濃度甲醛和苯復(fù)合污染脅迫后，8 種實驗植物體內(nèi)的葉綠素含量較空白實驗對照組均有所降低。 A1(常春藤) 體內(nèi)的Chl 含量變化率僅為25.91%，變化率最小，表明在F3 濃度下，A1(常春藤)在8 種室內(nèi)懸垂植物中的抗污染能力最強；A2(吊竹梅)的Chl 含量變化率達67.21%，變化率最大，表明其對F3 濃度的甲醛和苯復(fù)合污染的抗性最弱。

通過分析實驗得出的不同實驗植物體內(nèi)的Chl含量變化率，當(dāng)甲醛和苯復(fù)合污染的濃度為F3 時，綜合評價8 種實驗植物對甲醛和苯復(fù)合污染的抗性能力為:A2(吊竹梅)、A4(金邊吊蘭)和A3(綠蘿)抗性能力最弱，A7(銀邊吊蘭)、A6(全綠吊蘭)、A8(銀心吊蘭)抗性能力次之，A1(常春藤)和A5(金心吊蘭)的抗性能力最強。

3 結(jié)論

通過上述研究可知:

(1) 植物種類和復(fù)合污染的濃度以及兩種因子間的協(xié)同作用對室內(nèi)懸垂植物體內(nèi)Chl 含量變化的影響差異皆達極顯著水平；甲醛和苯復(fù)合污染的濃度對植物體內(nèi)Chl 含量的影響比植物種類更為顯著。

(2) 8 種室內(nèi)懸垂植物在3 種甲醛和苯復(fù)合污染的濃度梯度下，體內(nèi)Chl 含量均有不同程度下降。在F1 濃度甲醛和苯復(fù)合污染脅迫下:A3(綠蘿)體內(nèi)的Chl 含量變化40.33%，變化率最大，抗污染能力最弱；A4(金邊吊蘭)變化率次之，A1(常春藤)體內(nèi)Chl 含量變化9.44%，變化率最小，抗性能力最強；在F2 濃度甲醛和苯復(fù)合污染脅迫下，A3(綠蘿)體內(nèi)的Chl 含量變化48.25%，變化率最大，抗污染能力最弱；A2(吊竹梅)變化率次之，A1(常春藤)體內(nèi)Chl 含量變化14.90%，變化率最小，抗性能力最強；在F3 濃度甲醛和苯復(fù)合污染脅迫下，A2(吊竹梅)體內(nèi)的Chl 含量變化67.21%，變化率最大，抗污染能力最弱；A4(金邊吊蘭)變化率次之，A1(常春藤)體內(nèi)Chl 含量變化25.91%，變化率最小，抗性能力最強。

(3) 綜合評定3 種甲醛和苯復(fù)合污染濃度脅迫下，8 種室內(nèi)懸垂植物抗性能力最強的是A1(常春藤)，A5(金心吊蘭)次之，最弱的是A3(吊竹梅)。