苯污染脅迫下室內植物葉綠素含量變化分析研究

魯敏，景榮榮，趙潔，閆紅梅，趙學明，丁珍

(山東建筑大學 藝術學院，山東 濟南 250101)

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苯污染脅迫下室內植物葉綠素含量變化分析研究

魯敏，景榮榮，趙潔，閆紅梅，趙學明，丁珍

(山東建筑大學 藝術學院，山東 濟南 250101)

苯為室內空氣污染的“三大隱形殺手”之一，嚴重威脅人們的生命健康，室內苯污染的生態治理已成為亟待解決的重要環境問題。室內植物對苯污染的抗性強弱與能力的研究與選擇，是高效治理室內苯污染的基礎和前提。葉綠素含量變化是評價室內植物對苯污染抗性強弱的重要依據之一。文章采用室內熏氣實驗，分析了9種常見室內植物在不同濃度的苯污染脅迫下植物體內葉綠素含量的變化，研究了室內植物對苯污染的抗性強弱。結果表明：植物種類、苯濃度及兩者間的協同作用，對植物葉綠素含量變化的影響差異均達極顯著水平；其中，苯濃度對植物葉綠素含量變化的影響更顯著；在15、30和60 mg/m3濃度苯脅迫下，金邊虎尾蘭葉綠素含量分別降低5.43%、10.09%、19.33%，抗性能力最強；皺葉薄荷葉綠素含量分別降低12.81%、19.53%、35.18%，抗性能力最弱；在15 mg/m3濃度苯脅迫下，鳥巢蕨葉綠素含量降低5.92%，抗性能力次之；在30 和60 mg/m3濃度苯脅迫下，綠蘿葉綠素含量分別降低了10.33%、19.86%，抗性能力次之；綜合評定結果表明9種室內植物對苯污染抗性能力最強的是金邊虎尾蘭，其次為綠蘿，皺葉薄荷為最弱。

苯污染；室內植物；葉綠素；抗性能力

0　引言

當代社會，隨著經濟迅猛發展，環境污染問題已成為共同關注的焦點。現代社會繼“煤煙型”和“光化學煙霧型”污染期之后，正處在第三污染期—“室內化學污染”時期[1-2]。苯被稱為“芳香殺手”，已被國際癌癥研究機構(IARC)列入強致癌物的行列，為室內空氣污染的“三大隱形殺手”之一，嚴重威脅人們的生命健康， 室內苯污染的生態治理已成為亟待解決的重要問題[3-4]。目前，對治理和凈化室內苯污染的方法已有大量研究，在多種凈化技術中，植物生態修復技術因具有綠色、經濟、可持續、無二次污染等特點而成為凈化修復室內化學污染的重要手段和根本途徑[5-7]。

室內植物對苯污染的抗性強弱，對苯污染的高效治理至關重要[8-10]。植物葉綠素含量的變化是評價室內植物對苯污染的抗性能力的重要依據[11-12]。葉綠素是植物進行光合作用不可或缺的光合色素和物質基礎[13]。苯污染脅迫下，氣體通過葉孔進入植物體內，葉綠體結構遭到破壞，葉綠素合成受阻，含量減少，植物光合作用減弱。苯氣體濃度越大，脅迫時間越長，植物葉片葉綠素含量下降越快[14-15]。研究通過對不同濃度苯污染脅迫下室內植物葉綠素含量的變化進行分析，綜合評價室內植物對苯污染脅迫抗性的強弱，從而為生態修復技術的推廣應用和室內受損生態系統的重建提供理論基礎和科學依據。

1　材料與方法

1.1實驗材料

實驗于2012年8—11月在山東建筑大學市政與環境工程學院進行。選用的實驗材料為9種常見室內觀葉植物(見表1)。要求植物株型一致，均處于良好的生長狀態；所用花盆大小、材質一致，盆土性質與用量相同；實驗前擦拭植物葉片晾干；實驗過程中用聚乙烯薄膜包扎花盆和盆土。

表1　實驗植物種類

1.2實驗設計

參照Wolverton博士的封閉艙裝置[16]；考慮到苯的性質相對較穩定，不易與其他物質發生反應，故采用厚度約8 mm的普通玻璃制作成尺寸為0.8 m×0.8 m×0.8 m的密封玻璃熏氣箱；箱體的頂蓋與箱體相互分離，便于實驗植物的放入和取出；實驗植物和試劑放入后用密封海綿膠帶立即密封箱體與頂蓋各接口，并將適量凡士林涂抹于密封膠帶各接觸面，以防漏氣；箱體內放置小風扇，加快污染氣體的均勻混合；放置溫濕度計，記錄箱內溫度和濕度的變化。

設置15.00、30.00和60.00 mg/m33個濃度梯度，將9種實驗植物隨機區組，依次放入熏氣箱內進行苯脅迫處理，24 h后取出，采集生長良好、位置一致的葉片測定植物葉片葉綠素含量，實驗進行3次重復。

1.3指標測定方法

葉綠素含量參照浸提法進行測定，提取液為95%的乙醇和95%丙酮的混合液，按1∶1的體積混合而成[17-18]。

1.4統計分析方法

將不同植物種類和苯濃度作為影響實驗植物生理指標變化的兩個因素，記錄實驗所得數據，并用SPSS18.0軟件等進行方差分析、多重比較分析(LSD)和差異顯著性檢驗(齊次性檢驗)。對不同濃度苯污染脅迫下的9種植物葉綠素含量變化進行綜合分析，并評定9種植物抗苯污染能力大小[19-21]。

2　結果與分析

不同濃度苯分別對9種室內植物脅迫24 h后，統計并分析植物體內葉綠素含量的變化，結果見表2。

表2　不同濃度苯脅迫下實驗植物的葉綠素含量變化

從表2可知，9種實驗植物受不同濃度苯脅迫24 h后，葉綠素含量均出現不同程度的減少。以植物種類、苯濃度作為兩個控制因素，對植物的葉綠素含量變化率進行雙因素方差分析，結果見表3。

表3　不同濃度苯脅迫下植物葉綠素變化率方差分析

從表3可知，不同植物種類、苯濃度及其之間的協同作應，對9種實驗植物葉綠素含量變化率的影響差異均達到極顯著水平；F值2599.470>170.313，即植物種類、苯濃度兩因素相比較，苯濃度對植物葉綠素含量變化的影響更為顯著。

2.1在15 mg/m3苯脅迫下植物葉綠素含量變化結果與分析

在15 mg/m3濃度苯對實驗植物脅迫24 h后，統計9種植物的葉綠素含量變化率，并進行單因素方差分析，結果見表4。

表4　15 mg/m3苯脅迫下植物葉綠素變化率方差分析結果

從表4可知， 15 mg/m3濃度苯脅迫后，植物種類的不同對葉綠素含量變化率的影響差異達到極顯著水平；對葉綠素含量變化率的統計結果再進行多重比較分析，結果見表5。

表5　15 mg/m3苯脅迫下植物葉綠素變化率多重比較結果

注：多重比較分析采用了LSD分析水平，下同

多重比較結果表明：在15 mg/m3的苯脅迫下，除金邊虎尾蘭(X7)、鳥巢蕨(X9)、綠蘿(X5)、白鶴芋(X8)相互之間，金邊吊蘭(X2)與吊蘭(X1)、銀心吊蘭(X3)之間，吊竹梅(X4)與銀心吊蘭(X3)、皺葉薄荷(X6)之間無顯著性差異；吊蘭(X1)與綠蘿(X5)、白鶴芋(X8)、吊竹梅(X4)、銀心吊蘭(X3)之間，銀心吊蘭(X3)與皺葉薄荷(X6)之間，金邊吊蘭(X2)與綠蘿(X5)、白鶴芋(X8)、吊竹梅(X4)之間存在顯著差異外，其它植物種類之間的葉綠素含量變化差異也均能達極顯著水平。

在15 mg/m3濃度苯對實驗植物脅迫24 h后，9種植物體內葉綠素含量均發生一定程度的減少。其中，金邊虎尾蘭(X7)的葉綠素含量降低5.43%，變化最小，抗性能力最強；鳥巢蕨(X9)降低5.92%，抗性能力次之；皺葉薄荷(X6)的葉綠素含量降低12.81%，變化最大，抗性能力最弱。

以不同植物種類葉綠素含量變化來反映植物抗性強弱，對在15 mg/m3苯脅迫24 h后的9種實驗植物的抗性能力進行大小排序為：金邊虎尾蘭(X7)>鳥巢蕨(X9)>綠蘿(X5)>白鶴芋(X8)>吊蘭(X1)>金邊吊蘭(X2)>銀心吊蘭(X3)>吊竹梅(X4)>皺葉薄荷(X6)。

2.2在30 mg/m3苯脅迫下植物葉綠素含量變化結果與分析

在30 mg/m3濃度苯對實驗植物脅迫24 h后，統計9種植物的葉綠素含量變化率，并進行單因素方差分析，結果見表6。

表6　30 mg/m3苯脅迫下植物葉綠素變化率方差分析結果

從表6可知，30 mg/m3濃度苯脅迫后，植物種類的不同對葉綠素含量變化率的影響差異達到極顯著水平；對葉綠素含量變化率的統計結果再進行多重比較分析，結果見表7。

表7　30 mg/m3苯脅迫下植物葉綠素變化率多重比較結果

多重比較結果表明：在30 mg/m3的苯脅迫下，除金邊虎尾蘭(X7)、綠蘿(X5)、鳥巢蕨(X9)相互之間，金邊吊蘭(X2)與吊蘭(X1)、銀心吊蘭(X3)、吊竹梅(X4)之間，銀心吊蘭(X3)與吊蘭(X1)、吊竹梅(X4)之間、吊竹梅(X4)與皺葉薄荷(X6)之間無顯著性差異，白鶴芋(X8)與金邊虎尾蘭(X7)、綠蘿(X5)、鳥巢蕨(X9)、金邊吊蘭(X2)、吊蘭(X1)之間，皺葉薄荷(X6)與金邊吊蘭(X2)、銀心吊蘭(X3)之間，吊蘭(X1)與吊竹梅(X4)、皺葉薄荷(X6)之間存在顯著差異外，其它植物種類之間的葉綠素含量變化差異也均能達極顯著水平。

在30 mg/m3濃度苯對實驗植物脅迫24 h后，9種植物體內葉綠素含量均發生一定程度的減少。其中，金邊虎尾蘭(X7)的葉綠素含量降低10.09%，變化最小，抗性能力最強；綠蘿(X5)降低10.33%，抗性能力次之；皺葉薄荷(X6)的葉綠素含量降低19.53%，變化最大，抗性能力最弱。

以不同植物種類的葉綠素含量變化來反映植物抗性強弱，對在30 mg/m3苯脅迫24 h后的9種實驗植物的抗性能力進行大小排序為：金邊虎尾蘭(X7)>綠蘿(X5)>鳥巢蕨(X9)>白鶴芋(X8)>吊蘭(X1)>金邊吊蘭(X2)>銀心吊蘭(X3)>吊竹梅(X4)>皺葉薄荷(X6)。

2.3在60 mg/m3苯脅迫下植物葉綠素含量變化結果與分析

在60 mg/m3濃度苯對實驗植物脅迫24 h后，統計9種植物的葉綠素含量變化率，并進行單因素方差分析，結果見表8。

表8　60 mg/m3苯脅迫下植物葉綠素變化率方差分析結果

從表8可知， 在60 mg/m3濃度苯脅迫后，植物種類的不同對葉綠素含量變化率的影響差異達到極顯著水平；對葉綠素含量變化率的統計結果再進行多重比較分析，結果見表9。

表9　60 mg/m3苯脅迫下植物葉綠素變化率多重比較結果

多重比較結果表明：在60 mg/m3的苯脅迫下，除金邊虎尾蘭(X7)、綠蘿(X5)、鳥巢蕨(X9)相互之間，吊竹梅(X4)與皺葉薄荷(X6)、銀心吊蘭(X3)、金邊吊蘭(X2)之間，金邊吊蘭(X2)與銀心吊蘭(X3)之間無顯著性差異，皺葉薄荷(X6)與金邊吊蘭(X2)之間存在顯著差異外，其它植物種類間的葉綠素含量變化差異均達到極顯著水平。

在60 mg/m3濃度苯對實驗植物脅迫24 h后，9種植物體內葉綠素含量均發生一定程度的減少。其中，金邊虎尾蘭(X7)的葉綠素含量降低19.33%，變化最小，抗性能力最強；綠蘿(X5)降低19.86%，抗性能力次之；皺葉薄荷(X6)的葉綠素含量降低35.18%，變化最大，抗性能力最弱。

以不同植物種類葉綠素含量變化來反映植物抗性強弱，對在60 mg/m3苯脅迫24 h后的9種實驗植物的抗性能力進行大小排序為：金邊虎尾蘭(X7)>綠蘿(X5)>鳥巢蕨(X9)>吊蘭(X1)>白鶴芋(X8)>金邊吊蘭(X2)>銀心吊蘭(X3)>吊竹梅(X4)>皺葉薄荷(X6)。

3　結論

通過上述研究可知：

(1) 不同植物種類、苯濃度及兩者間的協同作用，對9種實驗植物葉綠素含量變化的影響差異均能達極顯著水平；通過F值比較可以得出，苯濃度對植物葉綠素含量的影響更為顯著。

(2) 在不同濃度苯脅迫下，9種實驗植物的葉綠素含量均出現不同程度的下降。

① 在15 mg/m3濃度苯脅迫24 h后，不同植物的葉綠素含量變化存在極顯著差異。其中，金邊虎尾蘭(X7)的葉綠素含量變化最小，降低5.43%，抗性能力最強；鳥巢蕨(X9)次之，降低5.92%；皺葉薄荷(X6)的葉綠素含量變化最大，降低12.81%，抗性能力最弱。對9種植物的抗苯污染脅迫能力進行大小排序為：金邊虎尾蘭(X7)>鳥巢蕨(X9)>綠蘿(X5)>白鶴芋(X8)>吊蘭(X1)>金邊吊蘭(X2)>銀心吊蘭(X3)>吊竹梅(X4)>皺葉薄荷(X6)。

② 在30 mg/m3濃度苯脅迫24 h后，不同植物的葉綠素含量變化存在極顯著差異。其中，金邊虎尾蘭(X7)的葉綠素含量變化最小，降低10.09%，抗性能力最強；綠蘿(X5)次之，降低10.33%；皺葉薄荷(X6)的葉綠素含量變化最大，降低19.53%，抗性能力最弱。對9種實驗植物的抗性能力進行大小排序：金邊虎尾蘭(X7)>綠蘿(X5)>鳥巢蕨(X9)>白鶴芋(X8)>吊蘭(X1)>金邊吊蘭(X2)>銀心吊蘭(X3)>吊竹梅(X4)>皺葉薄荷(X6)。

③ 在60 mg/m3濃度苯脅迫24 h后，不同植物的葉綠素含量變化存在極顯著差異。其中，金邊虎尾蘭(X7)的葉綠素含量變化最小，降低19.33%，抗性能力最強；綠蘿(X5)次之，降低19.86%；皺葉薄荷(X6)的葉綠素含量變化最大，降低35.18%，抗性能力最弱。對9種實驗植物的抗性能力進行大小排序：金邊虎尾蘭(X7)>綠蘿(X5)>鳥巢蕨(X9)>吊蘭(X1)>白鶴芋(X8)>金邊吊蘭(X2)>銀心吊蘭(X3)>吊竹梅(X4)>皺葉薄荷(X6)。

(3) 綜合15、30和60 mg/m3濃度苯脅迫下9種實驗植物葉綠素含量的變化表明：對苯污染抗性能力最強的植物是金邊虎尾蘭(X7)，其次為綠蘿(X5)，皺葉薄荷(X6)為最弱。

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(學科責編：吳芹)

Analysis of indoor plant chlorophyll content in benzene pollution stress

Lu Min, Jing Rongrong, Zhao Jie, et al.

(School of Art, Shandong Jianzhu University, Jinan 250101, China)

Benzene has been known as one of the three invisible killers of indoor pollution, and is severely threatening human health, and the management of indoor Benzene pollution has become a major issue in improving indoor ecological environment. The indoor plants for adversity resistance to indoor Benzene, is essential to control benzene contamination efficiently. The research and choice of strength and ability of resistance of indoor plants to benzene pollution is the basis and premise of effective governance indoor benzene pollution. The change of the chlorophyll content of plants is one of the important bases to evaluate the ability of resistance to benzene contamination. The research does experiments with different concentrations of benzene stress for 9 plants with airtight fumigation method, by analyzing the changes in chlorophyll content under different concentrations of benzene pollution stress in plants, and does research on indoor plants resistant ability to benzene contamination. The results show that the influence of different plant species, benzene concentration and interaction between two factors on variation of the contents of chlorophyll have come to an extremely significant level; the effects of benzene concentration on plant physiological indexes’ changes is more significant;Sansevieriatrifasciatavar. laurentii has the highest resistance against benzene pollution under benzene stress of 15 mg/m3, 30 mg/m3and 60 mg·m-3, which respectively is 5.43%, 10.09% and 19.33%; Melissaofficinalis, the lowest, which respectively is 12.81%, 19.53% and 35.18%; under benzene stress of 15 mg/m3,Neottopterisantiqueis the second to resist benzene pollution; under benzene stress of 30 mg/m3and 60 mg/m3, the second isScindapsusaureun. The physiological indexes ofSansevieriatrifasciatavar. laurentii has the strongest resistance to benzene pollution, followed byScindapsusaureun, and the weakest isMelissaofficinalis.

benzene pollution; indoor plants; chlorophyll; resistance ability

2016-01-13

國家自然科學基金重點項目(20337010)；住房和城鄉建設部科技計劃項目(2012-K6-5)；山東省住房和城鄉建設廳科技計劃項目 (2011YK046)

魯敏(1963-)，女(滿族)，教授，博士，主要從事室內化學污染、污染大氣和污水的植物凈化與修復技術及吸污防污植物的選擇與應用等方面的研究. E-mail:lumin@sdjzu.edu.cn

1673-7644(2016)01-0001-06

X171.4，X173

A