苯污染脅迫下耐陰觀葉植物APX活性變化研究

魯敏譚蕾王晗吳天緣趙學(xué)明

(1.山東建筑大學(xué) 風(fēng)景園林科學(xué)研究中心，山東 濟(jì)南250101；2.山東建筑大學(xué) 藝術(shù)學(xué)院，山東 濟(jì)南250101)

0 引言

室內(nèi)空氣污染嚴(yán)重影響人類身體健康，是制約人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的環(huán)境問題之一[1-2]。耐陰觀葉植物是能長期在蔭蔽環(huán)境中正常存活生長的植物，對(duì)于一定濃度范圍內(nèi)的大氣污染物，不僅具有一定程度的抵抗力，而且也具有相當(dāng)程度的吸收能力。耐陰觀葉植物對(duì)室內(nèi)化學(xué)污染抗性的強(qiáng)弱是決定其能否長期在污染環(huán)境中正常生長發(fā)育，進(jìn)而穩(wěn)定、持續(xù)、有效地發(fā)揮吸收凈化能力的前提和基礎(chǔ)[3-4]。因此，利用耐陰觀葉植物凈化化學(xué)污染已成為室內(nèi)化學(xué)污染生態(tài)修復(fù)研究的熱點(diǎn)和方向[5]。

苯是持久且難以降解的化學(xué)物質(zhì)，也是室內(nèi)空氣污染含量最高的有害氣體，被稱為室內(nèi)空氣污染的“三大隱形殺手”之一，通過呼吸系統(tǒng)進(jìn)入血液，危害人體內(nèi)的淋巴細(xì)胞，有致癌、致畸、致突變等危害，嚴(yán)重威脅人們的生命健康安全[6-7]。利用耐陰觀葉植物凈化室內(nèi)空氣中苯的污染是一種行之有效的治理手段，而植物對(duì)苯抗性的強(qiáng)弱是其持續(xù)、穩(wěn)定發(fā)揮吸收凈化能力的前提[8]。近年來，諸多專家學(xué)者對(duì)植物的抗性及逆境脅迫進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析，身處污染環(huán)境中的植物會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的生理生化反應(yīng)，即苯氣體被植物吸收后，植物體內(nèi)的多種酶、非酶物質(zhì)的含量或活性，以及植物葉片的結(jié)構(gòu)、性能和植物的多種生命活動(dòng)如蒸騰、光合、呼吸作用，均會(huì)產(chǎn)生一系列的變化，表現(xiàn)為植物對(duì)苯污染的抗性響應(yīng)機(jī)制[9-12]。

植物體內(nèi)的抗氧化酶系物可以抵御、清除活性氧，維持細(xì)胞膜穩(wěn)定和植物的體態(tài)，增強(qiáng)植物的抗性，達(dá)到降低或清除毒害的效果，其中超氧化物歧化酶(Superoxide Dismutase，SOD)可催化超氧陰離子自由基歧化生成氧和過氧化氫；過氧化氫酶(Catalase，CAT)的活性增加可分解苯污染環(huán)境下植物的代謝廢物過氧化氫；過氧化物酶(Peroxidase，POD)可催化過氧化氫氧化酚類或胺類化合物，與植物光合作用和呼吸作用相互影響[13-17]。抗壞血酸過氧化物酶(Aseorbate Peroxidase，APX)作為植物必不可少的抗氧化酶，可催化抗壞血酸與過氧化氫，促進(jìn)植物體內(nèi)的過氧化氫代謝轉(zhuǎn)換，是葉綠體中清除過氧化氫的關(guān)鍵酶[7，18-20]。測(cè)定植物在苯污染脅迫后體內(nèi)APX活性變化，是判斷植物對(duì)苯污染脅迫的抗性能力強(qiáng)弱的重要依據(jù)，植物體內(nèi)APX活性變化率越小，植物對(duì)苯污染的抗性能力越強(qiáng)[19，21]。植物的抗氧化酶系活性變化可以直觀的體現(xiàn)植物對(duì)室內(nèi)苯污染的凈化作用，有利于探究室內(nèi)耐陰觀葉植物對(duì)室內(nèi)生態(tài)環(huán)境的修復(fù)功效[22]。

目前，國內(nèi)外相關(guān)研究多集中在植物對(duì)室內(nèi)空氣化學(xué)污染的吸收凈化和抗性能力及其生理生化指標(biāo)的研究上，對(duì)耐陰觀葉植物酶類物質(zhì)的研究多集中在SOD、POD和丙二醛(Malondialdehyde，MDA)活性，在污染脅迫中APX活性變化的研究少見報(bào)道。

選取8種常見室內(nèi)植物，經(jīng)熏氣實(shí)驗(yàn)后，分析植物苯污染體內(nèi)的APX活性，判斷常見室內(nèi)植物的抗性能力，為植物修復(fù)室內(nèi)苯空氣污染提供了數(shù)據(jù)與依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試植物

供試植物由濟(jì)南市花木聯(lián)合開發(fā)公司提供。實(shí)驗(yàn)選取對(duì)室內(nèi)化學(xué)污染凈化修復(fù)效果較好的8種常見室內(nèi)觀葉植物(見表1)。供試材料選擇土壤栽培基質(zhì)一致，大小、長勢(shì)一致，生長狀態(tài)良好的植株。

表1 實(shí)驗(yàn)植物材料表

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)在山東建筑大學(xué)省級(jí)環(huán)境實(shí)驗(yàn)中心進(jìn)行。

實(shí)驗(yàn)采用模擬艙密閉熏氣法處理實(shí)驗(yàn)植物[19]，采用長、寬、高均為0.8 m的玻璃立方體箱作為人工密閉熏氣艙，箱內(nèi)安裝一臺(tái)220 V、80 W的小型風(fēng)扇，箱內(nèi)溫度控制在25℃，保持適宜光照和濕度。為保證箱體的密封性能，在放置實(shí)驗(yàn)植物之后，立即用密封條進(jìn)行密封，減少箱內(nèi)氣體與外界的交換。

室內(nèi)耐陰觀葉植物在25、50、100 mg/m33個(gè)濃度苯環(huán)境中POD、MDA、葉綠素Chl的變化率明顯，因此為直觀體現(xiàn)植物APX對(duì)高苯濃度的反應(yīng)，采用純度為99%的苯設(shè)置3個(gè)濃度的苯濃度梯度，選取濃度為25、50、100 mg/m3，以不熏氣為對(duì)照，采用隨機(jī)區(qū)組3次重復(fù)設(shè)計(jì)，進(jìn)行脅迫實(shí)驗(yàn)。

熏氣前，將供試盆栽植物的葉片洗凈并晾干，用塑料薄膜將土盆部分包扎密封，露出植株，并分批次放入相應(yīng)的人工密閉熏氣艙熏氣24 h后采樣，用去離子水將葉片洗凈晾干，測(cè)定其APX含量。

1.3 樣品測(cè)定

1.3.1 粗酶液的配置

(1)制備50 mmol/L、pH值為7.0的磷酸鹽緩沖液(Phosphate Buffered Saline，PBS)，存放于廣口瓶中。

(2)每個(gè)濃度植物熏氣后，稱取0.5 g的植物葉片3份，稱取未熏氣的0.5 g植物葉片1份，作為對(duì)照。剪碎葉片，放入研缽搗碎，加入石英砂，用少量PBS溶液研磨至勻漿。

(3)將研磨后的液體勻漿放入離心管中離心15 min，其轉(zhuǎn)速為15 000 r/min，置于容量瓶中，用提取液定容，取清液即粗酶液，置于冰箱中備用。

1.3.2 樣品測(cè)定

(1)選取4個(gè)清洗干凈的比色皿，分別編號(hào)0～3。向1～3號(hào)比色皿中加入50 mmol/L、pH值為7.0的PBS溶液1.8 mL，加入15 mmol/L的抗壞血酸(Ascorbic Acid，AsA)溶液0.01 mL；0號(hào)比色皿中加入0.05 mmol/L、pH值為7.0的PBS溶液，作為對(duì)照組。

(2)向0～3號(hào)的4個(gè)比色皿中加入1 mL、0.3 mmol/L的過氧化氫后，即刻用紫外分光光度計(jì)進(jìn)行測(cè)量，每間隔20 s測(cè)定樣品溶液在290 nm波長下的吸光度A290，共測(cè)定5次數(shù)值后，計(jì)算APX的變化。

1.4 數(shù)據(jù)分析方法

使用電子表格Excel及統(tǒng)計(jì)產(chǎn)品與服務(wù)解決方案軟件SPSS 17.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，采用方差和多重比較分析8種植物APX活性的變化及其抗性能力。多重比較分析采用了最小顯著性差異(Least Significant Difference，LSD)法，差異顯著水平為0.05。

2 結(jié)果與分析

8種實(shí)驗(yàn)植物在不同濃度的苯脅迫24 h后，其APX活性變化情況見表2。

表2 3種苯濃度脅迫下實(shí)驗(yàn)植物APX活性變化表

表2表明，不同濃度苯的熏氣24 h后，8種植物的APX活性均呈不同程度的增大趨勢(shì)。以苯濃度和植物種類為雙因子，利用SPSS 17.0數(shù)據(jù)分析處理軟件中的雙因子方差分析方法，對(duì)供試植物的APX活性變化率進(jìn)行方差分析，其結(jié)果見表3，其數(shù)據(jù)分析擬合優(yōu)度R-Sq為99.9%，調(diào)整后其值為99.8%。

表3 3種苯濃度脅迫下實(shí)驗(yàn)植物APX活性變化方差分析表

由表3可知，8種植物的APX活性變化受植物種類、苯濃度以及二者交互作用的影響差異均達(dá)極顯著水平。其中，苯濃度F值為12 282.584，大于植物種類的F值2 125.573，表明苯濃度較植物種類對(duì)8種耐陰觀葉植物APX活性變化的影響更為顯著。

2.1 25 mg/m3苯脅迫下室內(nèi)耐陰觀葉植物APX活性變化

8種室內(nèi)植物在25 mg/m3苯脅迫環(huán)境下，對(duì)APX活性變化率進(jìn)行單因素方差分析，結(jié)果見表4。其中，數(shù)據(jù)分析的擬合優(yōu)度R-Sq為99.4%，調(diào)整后其值為99.1%。

表4 25 mg/m3苯脅迫下實(shí)驗(yàn)植物APX活性變化方差分析表

由表4可知，當(dāng)苯濃度為25 mg/m3時(shí)，實(shí)驗(yàn)植物的APX活性變化受植物種類的影響差異達(dá)極顯著水平。通過多重比較對(duì)供試植物的APX活性變化率進(jìn)行分析，結(jié)果見表5，為編號(hào)為i的植物APX活性變化率的平均值，其LSD0.05數(shù)據(jù)分析結(jié)果為0.016058。

表5 25 mg/m3苯脅迫下實(shí)驗(yàn)植物APX活性變化多重比較表

表5表明，當(dāng)苯濃度為25 mg/m3時(shí)，實(shí)驗(yàn)植物的APX活性均增大，其變化差異均達(dá)極顯著水平。其中，X5的APX活性變化率最小，為9.44%，表明金邊虎尾蘭抗性能力最強(qiáng)；X8次之，為11.96%；X4的APX活性變化率最大，為37.62%，表明綠蘿對(duì)此濃度苯污染脅迫下的抗性能力最弱。

由表5可見，在25 mg/m3苯脅迫濃度下，根據(jù)8種植物的APX活性變化情況，綜合評(píng)定其抗性能力大小排序?yàn)?X5＞X8＞X7＞X6＞X1＞X2＞X3＞X4。

2.2 50 mg/m3苯脅迫下室內(nèi)耐陰觀葉植物APX活性變化

8種室內(nèi)植物在50 mg/m3苯脅迫環(huán)境下，對(duì)其APX活性變化率進(jìn)行單因素方差分析，結(jié)果見表6，其數(shù)據(jù)分析擬合優(yōu)度R-Sq為99.4%，調(diào)整后其值為99.2%。

表6 50 mg/m3苯脅迫下實(shí)驗(yàn)植物APX活性變化方差分析表

由表6可知，當(dāng)苯濃度為50 mg/m3時(shí)，植物種類對(duì)實(shí)驗(yàn)植物的APX活性變化影響差異達(dá)極顯著水平。通過多重比較對(duì)供試植物的APX活性變化率進(jìn)行分析，結(jié)果見表7，LSD0.05數(shù)據(jù)分析結(jié)果為0.016266。

由表7知，當(dāng)苯濃度為50 mg/m3時(shí)，實(shí)驗(yàn)植物的APX活性均增大，其變化差異均達(dá)極顯著水平。其中，X5 APX活性變化率最小為17.42%，表明X5金邊虎尾蘭抗性能力最強(qiáng)；X8次之，為22.06%；X4的APX活性變化率最大，為49.92%，表明綠蘿對(duì)此濃度苯污染脅迫下的抗性能力最弱。

由表7可見，在50 mg/m3苯脅迫濃度下，根據(jù)8種植物的APX活性變化情況，綜合評(píng)定其抗性能力大小排序?yàn)?X5＞X8＞X7＞X6＞X1＞X2＞X3＞X4。

表7 50 mg/m3苯脅迫下實(shí)驗(yàn)植物APX活性變化多重比較表

2.3 100 mg/m3苯脅迫下室內(nèi)耐陰觀葉植物APX活性變化

8種室內(nèi)植物在100 mg/m3苯脅迫環(huán)境下，對(duì)其APX活性變化率進(jìn)行單因素方差分析，結(jié)果見表8，其數(shù)據(jù)分析擬合優(yōu)度R-Sq為99.9%，調(diào)整后其值為99.8%。

表8 100 mg/m3苯脅迫下實(shí)驗(yàn)植物APX活性變化方差分析表

由表8可知，當(dāng)苯濃度為100 mg/m3時(shí)，8種實(shí)驗(yàn)植物的APX活性變化受植物種類的影響差異達(dá)極顯著水平。通過多重比較對(duì)供試植物的APX活性變化率進(jìn)行分析，結(jié)果見表9，其LSD0.05值為0.018319。

表9 100 mg/m3苯脅迫下實(shí)驗(yàn)植物APX活性變化多重比較表

表9表明，當(dāng)苯濃度為100 mg/m3時(shí)，實(shí)驗(yàn)植物的APX活性變化差異均達(dá)極顯著水平，且APX活性均增大。其中，X5的APX活性變化率最小為35.25%，表明金邊虎尾蘭抗性能力最強(qiáng)；X8次之，為40.59%；X4的APX活性變化率最大，為101.26%，表明綠蘿對(duì)此濃度苯污染脅迫下的抗性能力最弱。

由表9可見，在100 mg/m3苯脅迫濃度下，根據(jù)8種植物的APX活性變化情況，綜合評(píng)定其抗性能力大小排序?yàn)?X5＞X8＞X7＞X6＞X1＞X2＞X3＞X4。

根據(jù)以上分析可知，在25、50、100 mg/m33種苯脅迫環(huán)境下，8種實(shí)驗(yàn)植物的APX活性變化受植物種類的影響差異均達(dá)極顯著水平，且同種植物的APX活性變化率隨著苯脅迫濃度的增加而不斷上升，這說明室內(nèi)耐陰觀葉植物對(duì)苯的反應(yīng)也不斷增加。因而8種耐陰觀葉植物抗性能力大小排列順序?yàn)?X5＞X8＞X7＞X6＞X1＞X2＞X3＞X4。

3 結(jié)論

通過上述研究可知:

(1)8種植物的APX活性變化受植物種類、苯濃度以及二者交互作用的影響差異均達(dá)極顯著水平；苯濃度較植物種類對(duì)8種耐陰觀葉植物APX活性變化的影響更為顯著。

(2)在25、50、100 mg/m33種濃度的苯污染脅迫下，8種室內(nèi)耐陰觀葉植物的APX活性均增大。其中，APX活性變化率最小的植物為金邊虎尾蘭，分別為9.44%、17.42%、35.25%，其抗性能力最強(qiáng)；綠蘿的APX活性變化率均最大，分別為37.63%、49.92%、101.26%，其抗性能力最弱。

(3)綜合評(píng)定8種室內(nèi)耐陰觀葉植物對(duì)苯污染的抗性能力，從強(qiáng)到弱依次為金邊虎尾蘭、竹柏、長壽花、白鶴芋、吊蘭、銀邊吊蘭、貓眼竹芋、綠蘿。