甲醛对波斯顿蕨生长的毒理学
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摘要：以波斯顿蕨为材料，通过测定其在不同浓度甲醛处理下的各种生理指标的变化情况，研究蕨类植物吸收室内甲醛的能力。结果表明，在不同浓度甲醛的处理下，叶绿素含量呈先升后降趋势，而叶绿素a/b比值呈先降低后升高的趋势，MDA含量逐渐累积，脯氨酸含量呈增加趋势。波斯顿蕨对低浓度的甲醛具有一定的抗性。
关键词：波斯顿蕨；甲醛；脯氨酸；叶绿素a/b比值；叶绿素；丙二醛；毒理学
中图分类号：S482.8 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2016）19-4978-04
DOI：10.14088/ki.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
家居环境是人类生活、休息、活动的主要环境。随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，居住环境、居室的装修日趋豪华，由此引发的家居甲醛污染及对人体健康的危害日益严重，成为突出的公共卫生问题[1]。
“室内空气污染”是倍受人们关注的第三大污染类型[2]。而甲醛是引起室内空气污染的主要成分。甲醛的释放期较长，一般为3～15年，是室内污染的重要指示物[3，4]。甲醛具有防腐、消毒的功能，主要应用于塑料、橡胶、树脂、胶合板以及粘合剂的生产。甲醛化学性质活泼，可自行聚合为高分子的多聚甲醛。甲醛聚合物受热易发生解聚，在室温下放出气态甲醛[5]。室内甲醛的主要来源是香烟的燃烧和多种装饰材料的大量使用，如含甲醛的树脂、泡沫塑料、油漆和纺织品等。甲醛对皮肤和黏膜有强烈的刺激作用，可使细胞中的蛋白质凝固变性，抑制细胞的正常生理功能，损伤肝脏、肾脏、血液系统、消化系统、呼吸系统、中枢神经系统和免疫系统等[5-8]。
鉴于此，对室内甲醛污染危害的研究越来越深入，对甲醛污染治理的需求越来越迫切；而利用植物来吸收有害气体和不良异味，降低室内有害气体的浓度，是一种经济、有效、绿色的治理方法。本试验拟通过室内观叶植物波斯顿蕨对甲醛污染的反应，探讨植物对甲醛的抗性及毒理学变化，为寻找既净化室内空气又美化环境的理想植物材料提供依据。
1 材料与方法
1.1 材料与设计
在山东省威海市艺魂花屋购买生长状况基本一致的波斯顿蕨，自制玻璃容器（长50 cm×宽50 cm×高40 cm）作为甲醛胁迫试验装置。
按容器体积比用移液枪注入甲醛，打开微型风扇让甲醛充分均匀挥发，密封容器，使甲醛蒸气充满容器，制成2.5、5.0、7.5、10.0 mg/m3 4个浓度，以注入空气为对照，编号分别为1、2、3、4、5组。
1.2 染毒方法
取生长状况良好且大小一致的波斯顿蕨枝条，于含有Hoagland培养液的三角锥瓶培养，然后分别放入不同甲醛浓度的容器中，室温下培养。试验时间为5 d，每天更换一次甲醛溶液，连续染毒。
1.3 生理指标测定及数据处理
丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸法测定[9]；脯胺酸含量采用磺基水杨酸浸提法测定[9]；叶绿素含量的测定参照张志良的方法[10]略有改动。分别做3组平行测试，求平均值。利用SPSS软件系统，采用方差分析法检验不同处理的样品间及与对照间的差异显著性。
2 结果与分析
2.1 甲醛对波斯顿蕨叶片中叶绿素含量的影响
从图1、图2、图3可以看出，无论是随着时间的变化还是随着甲醛浓度的变化，叶绿素含量的大体趋势都是先升后降，叶绿素a（Chla）、叶绿素b（Chlb）和叶绿素总含量（Chl）在不同处理之间存在显著差异。2.5 mg/m3甲醛处理的叶绿素含量与对照差异不显著，说明低浓度甲醛胁迫对波斯顿蕨叶绿素的伤害不大。5 mg/m3处理时，Chla、Chlb、Chl的含量与对照相比迅速升高，这表明对波斯顿蕨伤害严重，同时促进植物产生伤害应激反应，刺激叶绿素含量的提高[11]，随着甲醛浓度继续升高，叶绿素含量又降低，说明波斯顿蕨对高浓度的甲醛胁迫适应能力弱。从总体上看，波斯顿蕨对甲醛有一定的抗性。
2.2 甲醛对波斯顿蕨叶片叶绿素a/b值的影响
从图4可以看出，叶绿素a/b比值大致呈现先降低后升高的趋势，叶片含水量及叶绿素a、叶绿素b含量在逆境环境（如干旱处理）前期出现增加的现象，可能是由于早期轻度的逆境胁迫促进了叶片对水分的吸收和贮藏及叶绿素a、叶绿素b的合成。有学者认为，叶绿素含量的增加可能与植物对环境因子的补偿和超补偿效应有关[13]。
研究表明，叶绿素a/b比值降低，有利于叶片维持较大比例的捕光色素，从而有利于植物吸收更多的光能[12，13]；叶绿素a对活性氧的反应较叶绿素b敏感，逆境（如干旱）条件下叶片叶绿素a/b比值与品种抗逆性（如抗旱性）呈显著负相关[14]。
2.3 甲醛对波斯顿蕨叶片丙二醛含量的影响
从图5可以看出，随着时间的推移，MDA含量逐渐累积。其主要原因可能是在甲醛处理下，虽然植物的酶系统功能加强，但其调节能力有限，因而体内积累过剩的氧自由基，这些氧自由基引起膜的过氧化，产生大量的MDA，使MDA含量上升。在甲醛处理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胁迫太严重，造成其死亡。
在正常的生长条件下，植物体内的活性氧自由基以动态平衡的方式维持植物体内正常的代谢过程。而植物在低温、干旱、渗透和强紫外辐射等逆境生理胁迫下，体内会产生大量H2O2类活性氧自由基[15]。当活性氧的产生和清除之间的平衡被破坏以后，植物体内的自由基代谢发生紊乱，使防御系统失去平衡而导致细胞膜脂质过氧化，产生大量的丙二醛（MDA），植物也会随之产生氧化伤害现象[16]。MDA含量可以反映植物遭受逆境伤害的程度。MDA积累越多，表明组织的保护能力越弱[17]。
2.4 甲醛对波斯顿蕨叶片脯氨酸含量的影响
从图6可以看出，随着有毒气体浓度的增大，各处理组脯氨酸含量呈增加的趋势，排除个别误差，高浓度处理组的脯氨酸含量明显高于低浓度组。
关于脯氨酸增加植物抗逆性机理，目前研究认为逆境条件下，游离脯氨酸大量积累[18]。为应对渗透胁迫，一些植物累积可溶性渗透物质，如脯氨酸、甜菜碱和糖醇等，作为大分子的渗透保护物质[19]，其中脯氨酸是分布最广的渗透剂。有关研究表明，脯氨酸具有多种功能，可作为一种迅速利用的能源、氮源和碳源[20-23]，并且具有降低渗透胁迫所造成的氧伤害作用[24]；也可作为受旱期间植物生成氨的解毒剂，当植物受到环境胁迫时，植物体内游离的脯氨酸积累增加，使植物在逆境下增强渗透调节能力[25，26]。
3 小结与讨论
不利的生长环境会使叶绿体的片层结构受损，叶绿素含量下降，最终导致光合作用下降。从本试验来看，低浓度甲醛胁迫对波斯顿蕨叶绿素不会造成伤害，即波斯顿蕨有一定的吸收甲醛的能力。
脯氨酸和丙二醛含量的变化是判断植物组织受伤害程度的指标。当植物受到环境胁迫时，植物体内游离的脯氨酸和丙二醛积累增加。本试验也证明了这一点，随着处理组甲醛浓度的增大波斯顿蕨脯氨酸和MDA含量均逐渐升高。
本试验结果表明，用波斯顿蕨植物来吸收甲醛是有效的，与用药物处理甲醛相比，用植物清除甲醛更绿色环保[27，28]，绿色植物能净化空气、改善环境条件。
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