甲醛對波斯頓蕨生長的毒理學

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

關鍵詞：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

中圖分類號：S482.8 文獻標識碼：A 文章編號：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

家居環境是人類生活、休息、活動的主要環境。隨著社會經濟的發展和人們生活水平的提高，居住環境、居室的裝修日趨豪華，由此引發的家居甲醛污染及對人體健康的危害日益嚴重，成為突出的公共衛生問題[1]。

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

鑒于此，對室內甲醛污染危害的研究越來越深入，對甲醛污染治理的需求越來越迫切；而利用植物來吸收有害氣體和不良異味，降低室內有害氣體的濃度，是一種經濟、有效、綠色的治理方法。本試驗擬通過室內觀葉植物波斯頓蕨對甲醛污染的反應，探討植物對甲醛的抗性及毒理學變化，為尋找既凈化室內空氣又美化環境的理想植物材料提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料與設計

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

按容器體積比用移液槍注入甲醛，打開微型風扇讓甲醛充分均勻揮發，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個濃度，以注入空氣為對照，編號分別為1、2、3、4、5組。

1.2 染毒方法

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

1.3 生理指標測定及數據處理

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

2 結果與分析

2.1 甲醛對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，無論是隨著時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照差異不顯著，說明低濃度甲醛脅迫對波斯頓蕨葉綠素的傷害不大。5 mg/m3處理時，Chla、Chlb、Chl的含量與對照相比迅速升高，這表明對波斯頓蕨傷害嚴重，同時促進植物產生傷害應激反應，刺激葉綠素含量的提高[11]，隨著甲醛濃度繼續升高，葉綠素含量又降低，說明波斯頓蕨對高濃度的甲醛脅迫適應能力弱。從總體上看，波斯頓蕨對甲醛有一定的抗性。

2.2 甲醛對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比值大致呈現先降低后升高的趨勢，葉片含水量及葉綠素a、葉綠素b含量在逆境環境（如干旱處理）前期出現增加的現象，可能是由于早期輕度的逆境脅迫促進了葉片對水分的吸收和貯藏及葉綠素a、葉綠素b的合成。有學者認為，葉綠素含量的增加可能與植物對環境因子的補償和超補償效應有關[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對活性氧的反應較葉綠素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）呈顯著負相關[14]。

2.3 甲醛對波斯頓蕨葉片丙二醛含量的影響

從圖5可以看出，隨著時間的推移，MDA含量逐漸累積。其主要原因可能是在甲醛處理下，雖然植物的酶系統功能加強，但其調節能力有限，因而體內積累過剩的氧自由基，這些氧自由基引起膜的過氧化，產生大量的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重，造成其死亡。

在正常的生長條件下，植物體內的活性氧自由基以動態平衡的方式維持植物體內正常的代謝過程。而植物在低溫、干旱、滲透和強紫外輻射等逆境生理脅迫下，體內會產生大量H2O2類活性氧自由基[15]。當活性氧的產生和清除之間的平衡被破壞以后，植物體內的自由基代謝發生紊亂，使防御系統失去平衡而導致細胞膜脂質過氧化，產生大量的丙二醛（MDA），植物也會隨之產生氧化傷害現象[16]。MDA含量可以反映植物遭受逆境傷害的程度。MDA積累越多，表明組織的保護能力越弱[17]。

2.4 甲醛對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，排除個別誤差，高濃度處理組的脯氨酸含量明顯高于低濃度組。

關于脯氨酸增加植物抗逆性機理，目前研究認為逆境條件下，游離脯氨酸大量積累[18]。為應對滲透脅迫，一些植物累積可溶性滲透物質，如脯氨酸、甜菜堿和糖醇等，作為大分子的滲透保護物質[19]，其中脯氨酸是分布最廣的滲透劑。有關研究表明，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，當植物受到環境脅迫時，植物體內游離的脯氨酸積累增加，使植物在逆境下增強滲透調節能力[25，26]。

3 小結與討論

不利的生長環境會使葉綠體的片層結構受損，葉綠素含量下降，最終導致光合作用下降。從本試驗來看，低濃度甲醛脅迫對波斯頓蕨葉綠素不會造成傷害，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。當植物受到環境脅迫時，植物體內游離的脯氨酸和丙二醛積累增加。本試驗也證明了這一點，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。

本試驗結果表明，用波斯頓蕨植物來吸收甲醛是有效的，與用藥物處理甲醛相比，用植物清除甲醛更綠色環保[27，28]，綠色植物能凈化空氣、改善環境條件。

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