绿色植物对室内空气污染的净化作用（三）

4.2 室内空气污染物对植物生理生化的影响

室内有机污染物可能会引起叶绿体破坏，影响叶绿素的合成，从而影响植物的光合作用。20 ppm（或12 μmol）甲苯处理，对所试植物Fv/Fm没有显著性影响，而相同浓度的乙苯严重抑制了长寿花、富贵竹和朱蕉(Cordyline fruticosa)等的Fv/Fm值，且它们清除乙苯的能力也较低。二甲苯浓度增大会导致金钱树 Fv/Fm 比值下降，说明二甲苯破坏了金钱树的PSII系统；光学显微镜和透射电子显微镜可观察到低浓度二甲苯可导致植物叶绿体受到轻微损害，而高浓度二甲苯则导致叶绿体发生膨胀和损害，并出现泡状降解。苯会影响枫树和玉米叶片叶绿体的超微结构。叶绿体的损害会减弱植物对有机物的降解，因而植物光合作用器官在植物对有机污染物的代谢清除中起着不可低估的作用。

MDA 是膜脂过氧化最重要的产物之一。的研究发现，甲醛浓度为288 mg/m3时，黄常山叶片中的 MDA 含量升高了 178%，短梗大参叶片 MDA含量升高 19%，而袖珍椰子叶片 MDA 含量反而比对照降低了24%。证实吊兰对甲醛的吸收能力最强，但其体内MDA含量的增加也最多，增加多达对照的185%；而广东万年青吸收甲醛的能力最弱，MDA上升量却仅为吊兰的一半。有意思的是，实验证实，甲醛胁迫下拟南芥幼苗 H2O2含量显著增加，蛋白碳酰化增加，DNA-蛋白交联增加，而MDA含量却下降，作者推测甲醛对植物的伤害并非膜脂过氧化而是蛋白过氧化。

植物受到室内空气污染物影响后会合成可溶性蛋白、脯氨酸、可溶性糖、花青素等小分子物质，以抵御环境胁迫，也会激活抗氧化系统以清除活性氧。而当污染物浓度过大或持续时间过长，植物生长受到严重伤害，蛋白等合成受阻，含量下降，植物也趋于枯萎死亡。测定生理生化指标，可衡量绿色植物受室内空气污染物胁迫的程度，亦可判断植物对室内空气污染胁迫的敏感性。

5 植物响应空气污染物胁迫的转录组学研究

利用Affymetrix拟南芥全基因表达谱芯片分析了甲醛胁迫下拟南芥的基因表达情况，证实甲醛胁迫下拟南芥约2450个基因表达发生了变化，666个上调，1783 个下调，这些基因中功能明确的有 445个。其中下调的基因中25%与胁迫和死亡相关，22%与转录和信号转导相关，21%参与次生代谢，15%为转运相关的转录本，仅有3%和2%关乎蛋白代谢和能量转换。具体来说，上调基因中，32%参与转录和信号转导，17%作用于碳水化合物、酯类和氨基酸代谢及次生代谢，15%参与蛋白质代谢，13%与逆境和细胞死亡相关，另有3%是光合作用过程相关基因与叶绿体结构基因（捕光色素蛋白Lhcb基因家族，Rubsico羧化/加氧酶基因 RBSC1A，PSI 和 PSII 外在蛋白 Psao、Psbp 等）。下调基因中有21个细胞表面受体编码基因，17个过氧化物酶编码基因，10 个细胞色素 P450 编码基因，8 个葡糖基转移酶编码基因，6个谷胱甘肽转移酶基因，而C1代谢相关基因只有 1 个下调。上调基因中 7 个为MYB转录因子，13个为蛋白折叠与修饰基因（主要为热休克蛋白Hsp家族）。RT-PCR和13C-NMR结果验证了上述变化。过表达拟南芥热休克蛋白因子AtHsfA1d或过氧化氢酶CAT增强了烟草对甲醛的耐受。但是甲醛胁迫没有诱导C1代谢相关酶上调。由此推测甲醛在植物体内的代谢可能还另有途径，或经由信号转导途径引起植物的抗逆响应，因而室内空气污染物引起的植物信号转导应答途径研究将有可能真正揭示污染物在植物体内的去向。

6 展望

目前室内空气污染问题已引起了社会人们的高度关注，有关其对人体健康危害的报道也越来越多。甲醛、苯系物等作为室内空气的首要污染物，如何消除已成为目前降低室内空气污染的首要问题。植物净化技
术在众多清除技术中有着成本低廉、简单环保的优点，是国内外研究的热点技术。目前关于植物对空气污染物的净化效果与机制研究已获得了一些重要突破，但仍有许多问题亟待解决。

6.1 植物品种相对集中

虽然绿色植物种类繁多，而被应用于室内空气净化研究的仍为少数，主要集中在吊兰、虎尾兰、常春藤
等常规室内观赏植物上，还需积极筛选高效的植物以清除室内空气污染物。例如，笔者研究了新型观赏植
物 美 国 薄 荷 (Monarda didyma)、泡 叶 冷 水 花 (Pileanummulariifollia)等对甲醛的吸收与转化，证实美国薄荷对甲醛的抗性较弱，而泡叶冷水花具有较强的甲醛吸收能力和耐受能力。目前很受消费者欢迎的多肉类植物是否有助于净化空气也值得研究。

6.2 复合污染与联合修复的研究有待深入

目前国内外关于植物对甲醛和苯等室内空气污染物的净化研究，往往集中在单一的污染物和浓度值，复合污染条件下的研究较少。植物组合净化的研究也较少，主要关注了单一植物的作用效果。既然室内观赏植物对室内污染物具有选择吸收特性，多种植物组合的相互影响与作用效果也值得研究。此外，植物与光
催化作用、吸附修复等的联合修复技术也有待开发。

6.3 实验装置的完善与持续性研究有待加强

以往研究往往以自制的密闭容器为主，一来空间较小，未能完全模拟室内环境；二来由于植物的蒸腾作用与光合作用，容易导致湿度增加和CO2浓度降低，这会影响气孔导度进而影响气体吸收，甚至影响植物的
光合作用与生长。因此实验装置还可充分考虑改装，使之更为合理。另一方面，在密闭装置内，考察植物净化空气污染物的连续时间一般都不超过72 h；而实际上，家具、油漆等释放甲醛、苯系物的过程是缓慢而持续的，可长达3~15年。研究表明具有清除甲醛等能力的植物在小空间内清除甲醛效率很高，而在实际的居住环境中发挥作用需要至少3周的时间，这说明植物修复具有长期性。因此有必要持续观察低浓度与复合污染下植物的净化作用。另外，植物对甲醛的吸收能力与其对甲醛的耐受能力无正相关关系，且胁迫浓度过高时，植物可能会将所吸收的甲醛重新释放到空气中去，造成二次污染。所以寻找吸收效率高且耐受性也高的植物是下一步探究的热点。

6.4 植物吸收与转化机理的分子生物学研究还有待深入

目前研究主要集中在植物的吸收能力上，对于吸收机理研究还不够，这些污染物在植物体内的代谢还只是初步研究，代谢通路仍有待商榷，需进一步核实。关于抗甲醛相关基因研究处于起步阶段，最初是国外学者涉及该领域的研究，近年来陈丽梅课题组在这方面做了大量工作，研究了甲醛胁迫下拟南芥的生理生化变化与转录组变化，筛选到一些抗性基因，并证实过表达cat、faldh、AtHsfA1d等基因可提高烟草对甲醛的抗性。植物响应苯系物等污染的分子生物学研究还未见报道。转录组学实验结果证实转录与信号转导相关基因大量变化，因而室内空气污染物引起的植物信号转导应答途径研究将有助于揭示污染物在植物体内的去向。因此，亟需利用现代基因组学、蛋白组学和代谢组学的方法进一步研究植物对甲醛、苯系物等污染的响应，理顺代谢通路，以揭示其转化机理。从而可在现有植物种类海选的基础上，有针对性地寻找高效或新型植物；或借助转基因技术优化现有植物材料，以净化和美化室内环境。

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