劉 皓，王立暉，呂春暉，安 娜

(天津現(xiàn)代職業(yè)技術(shù)學(xué)院 天津 300350)

1 現(xiàn)狀概述

1.1 室內(nèi)甲醛的產(chǎn)生及危害

近年來，隨著人們經(jīng)濟(jì)生活水平的不斷提高，建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大改變，新型建筑、裝修材料和人造板材家具的大量使用，以及生活中各種香味劑、除臭劑的普遍應(yīng)用，導(dǎo)致室內(nèi)空氣中有害物質(zhì)含量不斷增多，對人體健康的影響越來越嚴(yán)重，已成為社會(huì)普遍關(guān)注的重要環(huán)境問題之一。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，室內(nèi)裝修材料遇熱潮解時(shí)都會(huì)釋放出甲醛氣體，所以甲醛被認(rèn)為是室內(nèi)主要污染物之一。[1]

研究表明，甲醛為毒性較高的物質(zhì)，人體長時(shí)間吸入甲醛氣體，可以引起結(jié)膜炎、咽喉炎、哮喘、支氣管炎和變態(tài)反應(yīng)性疾病。[2]很多醫(yī)學(xué)報(bào)告指出，若人體皮膚直接接觸福爾馬林(甲醛的水溶液)，可能會(huì)引發(fā)過敏反應(yīng)、皮膚炎或是濕疹，尤其工作中需要長期接觸福爾馬林的人，經(jīng)常會(huì)有此類現(xiàn)象出現(xiàn)，因此需避免皮膚直接碰觸，不慎碰觸應(yīng)迅速用清水沖洗。

很多科學(xué)研究與動(dòng)物實(shí)驗(yàn)早已指出，長期接觸福爾馬林可能會(huì)導(dǎo)致癌癥，其已被列為一種“疑似致癌物質(zhì)”。微量甲醛在人體內(nèi)的殘留性不強(qiáng)，代謝速度較快，約 35%,,可代謝為甲酸，在尿液中以甲酸鹽類形態(tài)排出，其余 65%,,可繼續(xù)代謝為CO2與水排出體外。在所有接觸者中，兒童和孕婦對甲醛尤為敏感，危害也更大，會(huì)引起妊娠綜合癥、新生兒染色體異常、白血病，造成青少年記憶力和智力下降等。研究發(fā)現(xiàn)，甲醛可能會(huì)造成細(xì)胞的變性，并且在細(xì)菌、人體分離細(xì)胞和動(dòng)物細(xì)胞基因突變測試中呈陽性反應(yīng)，不能排除其有致生物畸形可能。

目前，甲醛已被世界衛(wèi)生組織確定為致癌和致畸形物質(zhì)，是公認(rèn)的變態(tài)反應(yīng)源，也是潛在的強(qiáng)致突變物之一。美國加州政府已經(jīng)把甲醛列入具有潛在致癌性化合物名單，[3]我國有毒化學(xué)品優(yōu)先控制名單上，甲醛高居第 2位。我國衛(wèi)生部規(guī)定，室內(nèi)甲醛濃度的限值為0.1,mg/m3。[4]

1.2 逆境與植物活性氧的產(chǎn)生及清除

在自然界條件下，由于不同的地理位置和氣候條件以及人類活動(dòng)等多方面原因，形成了各種不良環(huán)境，超出了植物正常生長、發(fā)育所能忍受的范圍，致使植物受到傷害甚至死亡。這些對植物產(chǎn)生傷害的環(huán)境稱為逆境(stress)或脅迫。而植物對不良環(huán)境的適應(yīng)性和抵抗力為抗逆性(stress resistance)或抗性。逆境的種類多種多樣，可分為生物逆境和非生物逆境兩大類。

生物對污染物的抗性機(jī)制是外部排斥和內(nèi)部忍耐的綜合結(jié)果，同時(shí)由于污染物對植物的侵蝕渠道多而廣，所以植物對環(huán)境中污染物的抗性機(jī)理是十分復(fù)雜的。[5]前蘇聯(lián)學(xué)者曾于1973年將植物的抗性劃分為3大類，即生物學(xué)抗性、形態(tài)解剖方面的抗性和生理生化方面的抗性。他們認(rèn)為植物的抗性與植物中的系統(tǒng)位置、細(xì)胞內(nèi)含物的還原能力有關(guān)。[6]

自由基傷害學(xué)說[7]認(rèn)為，在正常情況下，植物細(xì)胞中存在活性氧的產(chǎn)生和消除兩個(gè)過程。逆境脅迫會(huì)促進(jìn)活性氧產(chǎn)生，損傷膜系統(tǒng)。[8]

當(dāng)植物遭受逆境脅迫時(shí)，植物體細(xì)胞內(nèi)的活性氧平衡受到破壞，活性氧積累到致害水平時(shí)，可使細(xì)胞結(jié)構(gòu)及功能受損、生長受抑，引發(fā)膜脂過氧化、生物大分子受損，從而導(dǎo)致氧化脅迫，影響植物的生長發(fā)育。[9]

活性氧是性質(zhì)極為活潑，氧化能力很強(qiáng)的含氧物的總稱。其產(chǎn)生的主要部位為葉綠體和線粒體，是植物生命代謝中的產(chǎn)物?；钚匝醢ê踝杂苫秃醴亲杂苫?。主要活性氧有O2-(超氧自由基)、1O2(單線態(tài)氧)、OH-(羥基自由基)、RO-(烷氧自由基)和含氧非自由基(H2O2)等。

為使活性氧代謝保持平衡，植物體內(nèi)形成了一套清除活性氧的機(jī)制，包括非酶系統(tǒng)和酶系統(tǒng)。[10]非酶系統(tǒng)包括許多具有還原性的生物分子，主要有還原性谷胱甘肽、抗壞血酸、半胱氨酸、類胡蘿卜素等。酶系統(tǒng)主要包括超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase，SOD)、過氧化物酶(Peroxidase，POD)和過氧化氫酶(Catalase，CAT)等。這 3種細(xì)胞保護(hù)酶在植物抵御有害氣體、干旱、低溫、高氧脅迫等逆境時(shí)起主要作用，其活性的高低是衡量植物抗逆性的重要指標(biāo)之一。[11]它們和谷胱甘肽、多胺等物質(zhì)一起，能夠清除細(xì)胞內(nèi)的自由基。多胺能夠有效清除化學(xué)或酶反應(yīng)產(chǎn)生的自由基，尤其是細(xì)胞內(nèi)的氧自由基。谷胱甘肽參與生物解毒過程，可將H2O2還原為水，消除細(xì)胞內(nèi)因脅迫誘導(dǎo)產(chǎn)生的過量活性氧自由基(OH-、O2-)及親電子劑，從而保護(hù)細(xì)胞膜、酶甚至核酸免受活性氧及親電子劑的攻擊。此外，SOD、抗壞血酸、POD、CAT等對提高植物的抗性也有積極作用。這種保護(hù)系統(tǒng)幾乎所有的植物都有。植物受到不良環(huán)境刺激時(shí)可誘發(fā)響應(yīng)反應(yīng)，使一些在正常條件下不存在的蛋白質(zhì)的基因得以表達(dá)，從而獲得對不良環(huán)境的抵抗能力。

本實(shí)驗(yàn)選取了綠蘿、蘆薈、吊蘭、虎皮蘭、常春藤等多種綠色植物，在飽和的甲醛脅迫條件下，分析植物的 CAT活性變化，探索甲醛對植物的傷害機(jī)理；比較不同植物對甲醛的耐受性，鑒定在凈化室內(nèi)甲醛污染上有價(jià)值的植物種類，即既能夠耐受甲醛的脅迫，又能保持健康生長，從而有利于室內(nèi)甲醛的吸收。

2 材料與方法

2.1 實(shí)驗(yàn)材料與設(shè)備

2.1.1 實(shí)驗(yàn)材料

選取生長狀態(tài)良好的綠蘿、蘆薈、吊蘭、虎皮蘭、常春藤等多種綠色植物，所用植物均從天津市曹莊子花市購買。

2.1.2 主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備

使用自制玻璃材質(zhì)甲醛熏蒸箱進(jìn)行植物甲醛脅迫處理，使用島津UV1240紫外可見分光光度計(jì)進(jìn)行吸光度測定。

2.2 實(shí)驗(yàn)試劑

實(shí)驗(yàn)中所用試劑均為 AR級。主要試劑包括：提取液pH＝7.8(50,mM Tris-Cl pH＝8.0，10,mM MgCl2，8﹪甘油)，反應(yīng)液(50,mmol/L PBS pH＝7.8，0.6﹪H2O2)

2.3 實(shí)驗(yàn)方法

2.3.1 甲醛熏蒸

每種植物選取長勢良好并且生長狀況接近的植株，設(shè)置平行對照組，共同進(jìn)行飽和甲醛蒸汽熏蒸；分別在 10,min、30,min、50,min、2,h、4,h、6,h、8,h、22,h、27,h、29,h、31,h 幾個(gè)時(shí)間點(diǎn)剪下小塊葉段，稱重后用于CAT提取。

2.3.2 CAT提取和活性測定

①研磨，提取酶液。將葉片剪成小段，加入5,mL預(yù)冷提取液，冰浴快速充分研磨，4,℃條件下 6,000,g離心 5,min，上清即為提取的酶液，低溫保存。②采用過氧化氫法，測定 240,nm處的吸光值。向 1,mL酶液中加入 3,mL反應(yīng)液，迅速放入分光光度計(jì)中，在240,nm處測定OD值，記錄初始數(shù)值，并每間隔 30,s測一次，共測 6次。③CAT活性計(jì)算。以每 OD值每30,s下降0.1作為1個(gè)單位酶活。

2.3.3 數(shù)據(jù)分析

使用Execl和SAS進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

3 結(jié)果與分析

本實(shí)驗(yàn)設(shè)置了實(shí)驗(yàn)組與平行對照組，將兩組中相同植物的 CAT活性進(jìn)行比較后發(fā)現(xiàn)，每個(gè)時(shí)間點(diǎn) CAT活性不盡相同，但是總體的變化趨勢大致相同(見 1～4)。這可能是由于植物的個(gè)體差異造成的。

如圖 1所示，實(shí)驗(yàn)組綠蘿在薰蒸30,min時(shí)，其 CAT活性達(dá)到最大值，熏蒸50,min、2,h、4,h時(shí)CAT活性略有下降，但仍保持較高活性水平。當(dāng)熏蒸至 6,h時(shí)，CAT活性急劇下降，8,h時(shí)，CAT又有了較大幅度的上升，熏蒸至29,h、31,h時(shí)，酶活性又有所下降。而平行對照組中綠蘿在 10,min、30,min、50,min、2,h、4,h、6,h、8,h的 CAT活性雖有波動(dòng)，但總體維持在較高水平，22,h時(shí)急劇下降，29,h、31,h均維持在較低水平。

圖1 實(shí)驗(yàn)組與平行對照組綠蘿CAT活性變化趨勢比較Fig.1 Comparison of experimental group and parallel control group regarding change trend of CAT activities of Epipremnum aureum

如圖 2所示，實(shí)驗(yàn)組吊蘭在熏蒸 10,min、30,min、50,min、2,h時(shí)取樣可發(fā)現(xiàn)，其 CAT活性雖有所波動(dòng)，但總體維持在較高水平，而 4,h、6,h、8,h、22,h、29,h 時(shí)取樣發(fā)現(xiàn)，CAT 活性有所下降，并且在此 5個(gè)時(shí)間點(diǎn)內(nèi)的酶活性基本持平，均維持較低水平。當(dāng)熏蒸到31,h時(shí)，CAT活性急劇上升。平行對照組吊蘭在 10,min時(shí) CAT活性為最大，30,min時(shí)急速下降，50,min、2,h時(shí)有所上升，維持在較高水平，4,h時(shí)開始下降，8,h時(shí)有所回升，維持在較高水平，31,h下降到最低值。

圖2 實(shí)驗(yàn)組與平行對照組吊蘭CAT活性變化趨勢比較Fig.2 Comparison of experimental group and parallel control group regarding change trend of Chlorophytum CAT activities

如圖 3所示，實(shí)驗(yàn)組常春藤 CAT活性則是在 10,min、30,min、50,min由最大值持續(xù)下降到較低水平，2,h、4,h、6,h又有所上升，并維持在較高水平，到8,h時(shí)又急速下降，22,h時(shí)達(dá)到最低，29,h、31,h雖略有上升，但酶活性始終處于較低水平。而平行對照組的常春藤 10,min時(shí) CAT活性處于較高水平，30,min時(shí)達(dá)到最大值，50,min時(shí)急劇下降到較低水平，2,h時(shí)緩慢上升，4,h時(shí)達(dá)第二個(gè)峰值，之后急速下降，一直維持在較低酶活水平。

圖3 實(shí)驗(yàn)組與平行對照組常春藤CAT活性變化趨勢比較Fig.3 Comparison of experimental group and parallel control group regarding change trend of ivy CAT activities

圖4 實(shí)驗(yàn)組與平行對照組蘆薈CAT活性變化趨勢比較Fig.4 Comparison of experimental group and parallel control group regarding change trend of aloe CAT activities

如圖4所示，實(shí)驗(yàn)組蘆薈的CAT活性在前6個(gè)時(shí)間點(diǎn)都是維持在較低水平，8,h時(shí)有所上升，之后又下降到較低水平，到31,h時(shí)有所回升。平行對照組蘆薈的CAT活性始終處于較低水平，在 4,h時(shí)略有上升，8,h時(shí)又下降回原有水平，22,h略有上升，之后持續(xù)下降。

由圖 5、6可見，在相同的飽和甲醛蒸汽薰蒸條件下，不同時(shí)間點(diǎn)不同植物葉片中的CAT活性存在很大差異。

圖5 實(shí)驗(yàn)組的幾種植物在飽和甲醛蒸汽薰蒸處理下CAT活性的變化Fig.5 CAT activity changes of plants in the experimental group after receiving a fumigation process using saturated steam formaldehyde

圖6 平行對照組的幾種植物在飽和甲醛蒸汽薰蒸處理下的CAT活性變化Fig.6 CAT activity changes of plants in the parallel control group after receiving a fumigation process using saturated steam formaldehyde

通過圖 5、6的對比可以發(fā)現(xiàn)，無論是實(shí)驗(yàn)組還是平行對照組，綠蘿的CAT活性相對于其他3種植物始終處在較高水平，吊蘭的 CAT活性雖然相對綠蘿較低，但比另兩種植物的酶活高，而且其酶活變化幅度也較另兩種植物小，由此可以推測出，吊蘭對于甲醛的耐受性相對較強(qiáng)。常春藤的 CAT活性在熏蒸的初始階段也較高，但隨著熏蒸時(shí)間的延長，其酶活在急劇下降，可見常春藤對甲醛蒸汽的耐受力不如綠蘿和吊蘭。而蘆薈的CAT活性則始終處于較低水平。

4 討論與方法改進(jìn)

4.1 討論

4.1.1 CAT活性與植物抗逆性

CAT普遍存在于植物體內(nèi)，具有非常重要的生理功能，其中最主要的就是參與活性氧代謝過程。它在清除細(xì)胞內(nèi)高濃度的 H2O2，將其還原成為水和氧分子的過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，所以 CAT活性的高低直接反映了植物體本身抗逆性的強(qiáng)弱。

4.1.2 虎皮蘭細(xì)胞內(nèi)CAT濃度升高

植物體內(nèi)的CAT可以清除細(xì)胞內(nèi)因脅迫等原因生成的多余 H2O2，從而保護(hù)細(xì)胞免受傷害。本實(shí)驗(yàn)中，虎皮蘭在飽和甲醛蒸汽脅迫下，細(xì)胞內(nèi) H2O2濃度在逐步升高，但這并不能單純說明 CAT在甲醛的作用下受到了明顯的抑制，導(dǎo)致酶活急劇下降，不能及時(shí)清除植物體內(nèi)因逆境脅迫積累的 H2O2。因?yàn)樵诩兹┟{迫下，可能導(dǎo)致SOD活性升高，而SOD在清除體內(nèi)的同時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生 H2O2，從而使得植物細(xì)胞內(nèi)的 H2O2濃度上升。所以在這種情況下，如果 CAT活性下降或者上升的幅度不如 SOD的升高幅度，都會(huì)導(dǎo)致多余的 H2O2不能被及時(shí)清除，從而出現(xiàn)本實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。

究竟是何種原因?qū)е禄⑵ぬm在飽和甲醛蒸汽熏蒸條件下，葉片細(xì)胞內(nèi)H2O2濃度逐步升高，尚待進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)證明。

4.2 方法改進(jìn)

本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的是用飽和甲醛蒸汽對植物進(jìn)行熏蒸，利用過氧化氫法測定 CAT活性。在這樣的實(shí)驗(yàn)條件設(shè)定下，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程比較容易控制，但在實(shí)際生活中，空氣中甲醛濃度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于飽和值，與實(shí)際情況相差較大，所以本實(shí)驗(yàn)結(jié)果仍是處于實(shí)驗(yàn)室階段。因此，可以在今后的實(shí)驗(yàn)中設(shè)定一個(gè)比較實(shí)際的甲醛濃度梯度進(jìn)行脅迫，這樣一方面可以避免由于過高濃度的甲醛蒸汽對植物體本身所造成的影響，另一方面也可以減少對實(shí)驗(yàn)者本身的健康影響。同時(shí)，還可以找到更多、更適合凈化室內(nèi)空氣的植物。

5 結(jié) 語

隨著飽和甲醛蒸汽薰蒸時(shí)間的延長，不同植物的 CAT活性均出現(xiàn)波動(dòng)。其中綠蘿和吊蘭的 CAT活性比其余兩種植物高，并且在較長時(shí)間的甲醛蒸汽熏蒸過程中仍能保持較高水平的 CAT活性，對甲醛的耐受性較強(qiáng)。因此，針對由于室內(nèi)裝修等原因引起的甲醛污染問題，綠蘿和吊蘭是比較理想的凈化室內(nèi)空氣的植物。■

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