洋常春藤和金邊吊蘭對香煙煙霧的凈化效果與生理響應

金婷婷　金夢蝶　陳珍

摘要：以洋常春藤（Hedera helix L.）和金邊吊蘭（Chlorophtum comosum variegaturn Hort.）為研究對象，在長、寬、高均為60 cm的玻璃裝置中，模擬人的吸煙方式，注入2支香煙，測定48 h內(nèi)CO和PM2.5濃度變化，觀察處理前后植物的表型變化，并測定植物葉片生理指標變化，以研究2種垂吊植物對香煙煙霧凈化能力及生長生理響應。結果表明，洋常春藤和金邊吊蘭均可在一定程度上吸收或吸附CO與PM2.5，凈化密閉環(huán)境中的空氣，且洋常春藤的單位葉面積的凈化能力優(yōu)于金邊吊蘭；香煙煙霧處理對植物生長產(chǎn)生了一定的影響，葉片出現(xiàn)黑褐色斑點或葉緣焦枯狀；香煙煙霧處理后，2種植物葉片活性氧（超氧陰離子和過氧化氫）水平顯著增加，造成膜脂過氧化產(chǎn)物丙二醛含量增加，植物通過增強過氧化物酶活性或增加脯氨酸的合成，抵御傷害，且金邊吊蘭的抗性強于洋常春藤。

關鍵詞：香煙煙霧；洋常春藤（Hedera helix L.）； 金邊吊蘭（Chlorophtum comosum variegaturn Hort.）；凈化

中圖分類號：X173；S688.9 文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2018）18-0047-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.18.011 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Purification of Cigarette Smoke by Hedera helix L. and Chlorophtum comosum variegaturn Hort. and Their Physiological Responses

JIN Ting-ting，JIN Meng-die，CHEN Zhen，CHENG Li-ling，ZHU Kai-xuan

（College of Life Sciences，Taizhou University，Taizhou 318000，Zhejiang，China）

Abstract： Hedera helix L. and Chlorophtum comosum variegaturn Hort. were set as the objects，which were put into a sealed glass capsule with length，width，height all of 60 cm. Cigarette smoking of mankind was imitated and two cigarettes were injected into the capsule. Changes of CO and PM2.5 concentrations during 48 h，phenotypes and physiological indexes at 48 h were determined，to investigate the purifying capacity of the two hanging plants to cigarette smoke and their growth and physiological responses. The results showed that H. helix and C. comosum variegaturn both could absorb CO and PM2.5 to some degree and purify the air in the sealed space. The purifying capacity per unit leaf area of H. helix was superior than C. comosum variegaturn. Meanwhile，growth of the two plants were affected by cigarette smoking treatments and leaf chlorosis and necrosis were appeared. After cigarette smoking treatments，levels of reactive oxygen species（including superoxide anion and hydrogen peroxide） in leaves of the two plants were significantly increased，resulting in the increases of malondialdehyde，the products of membrane lipid peroxidation. The plants activited peroxidase or synthesized proline to resist the damages and the resistance of H. helix was better than C. comosum variegaturn.

Key words： cigarette smoke； Hedera helix L.； Chlorophtum comosum variegaturn Hort.； purification

隨著居住和工作條件的改善，現(xiàn)代人們在室內(nèi)工作和休息時間占90%左右，室內(nèi)空氣污染已成為危害人類健康的“隱形殺手”[1]。其主要來源于建筑及室內(nèi)裝飾材料、復印機、香煙煙霧、廚房油煙等[2]。其中，吸煙產(chǎn)生的香煙煙霧是最主要污染源之一，其成分復雜，含4 000余種物質(zhì)，包括煙堿（尼古?。?、一氧化碳（CO）、可吸入顆粒物（PM）、多環(huán)芳烴（PAHs）、亞硝酸胺、揮發(fā)性有機復合物（VOCs）和毒性重金屬等[3-5]。全世界約有11億人吸煙，每年吸煙6萬億支；而中國吸煙人數(shù)達3.2億，且逐年遞增，另有7.4億不吸煙人群遭受環(huán)境煙草煙氣（ETS）的危害，到2020年每年將會有220萬人死于煙草相關疾病[6，7]。吸煙可影響呼吸、消化、心血管、生殖、內(nèi)分泌等多個系統(tǒng)，引發(fā)肺癌、胃癌、生育能力下降、阿爾茨海默癥（老年癡呆）等疾病[4，7-14]。室內(nèi)空氣污染控制的主要途徑包括源頭控制、通風控制和空氣凈化。利用綠色植物凈化空氣，成本低廉，操作方便，已廣泛應用于甲醛、苯系物的凈化中[15]。然而利用綠色植物凈化香煙煙霧污染卻鮮有報道，僅有梁鳴等[16]研究了斑葉海棠（Begonia maculata Raddi）、絨毛香茶菜（Plectranthus hadiensis var. tomentosus）、檸檬天竺葵（Pelargonium graveolens）和白背三七[Gynura divaricata（L.） DC.]4種室內(nèi)觀賞植物對香煙煙霧的凈化效果，表明其均可在一定程度上吸收香煙煙霧，生理指標檢測表明斑葉秋海棠耐受性最強。本試驗對常見室內(nèi)觀賞植物洋常春藤（Hedera helix L.）和金邊吊蘭（Chlorophtum comosum variegaturn Hort.）對香煙煙霧的吸收與生長生理響應進行研究，為日常室內(nèi)綠化布置、空氣凈化提供依據(jù)和應用參考。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 供試植物 選用的園藝植物洋常春藤和金邊吊蘭盆栽均購于花卉市場，長勢基本一致。所用香煙為“紅塔山”牌（硬經(jīng)典100）。

1.1.2 試驗裝置 參照趙明珠[17]的試驗裝置，用8 mm厚的玻璃定制成長、高、寬均為60 cm的密閉艙，艙內(nèi)總體積0.216 m3，玻璃膠封好。一側(cè)開有直徑為1 cm的圓孔，用于注入煙氣，之后用膠布密封，上方玻璃蓋可打開，接口處涂抹凡士林，以防氣體泄漏。

1.2 方法

1.2.1 試驗處理 試驗前將植物放置于相同環(huán)境下適應一周，為避免盆栽基質(zhì)與微生物對本試驗產(chǎn)生干擾，以保鮮膜覆蓋盆面，只暴露植株進行熏蒸。試驗設4組，A為無香煙煙霧且有植物且密閉；B為有香煙煙霧且無植物且密閉；C為有香煙煙霧且有植物且密閉；D為有香煙煙霧且有植物且通風。通風方式是每隔4 h通風1次，每次通風時將裝置上方敞開60 cm×7 cm的口，通風5 min。

香煙煙霧的釋放采用張永芳[18]被動吸煙染毒的方法，具體做法是將香煙點燃后煙頭部分接導管，立即伸入密閉艙側(cè)孔，煙蒂插入注射器中，反復推拉，模擬人的吸煙方式，直至香煙燃盡，每支煙約抽3 min，保持推拉注射器的速度與用力一致使得輸出的煙氣量相同。每個密閉艙同時注入2支紅塔山香煙煙量。觀察植物生長變化，48 h后測定生理指標。

1.2.2 CO和PM2.5濃度監(jiān)測 從注煙1 h后開始監(jiān)測密閉艙中CO和PM2.5濃度，每隔2 h測1次，連續(xù)監(jiān)測48 h。CO檢測儀為?，擜S8700A，量程1～1 000 ppm，分辨率1 ppm，1 ppm CO等于1.145 mg/m3[19]；PM2.5濃度檢測儀為?，擜R830，量程1～1 000 μg/m3。用葉面積測定儀（浙江托普云農(nóng)科技股份有限公司，WMJ-B）測定每處理植物葉片總面積。

1.2.3 生理指標測定 丙二醛（MDA）含量測定參照張志良等[20]的方法；超氧陰離子產(chǎn)生速率（O2·-）依據(jù)王愛國等[21]的方法；過氧化氫（H2O2）測定用Jana等[22]描述的方法；過氧化物酶（POD）活性測定采用愈傷木酚法，消光系數(shù)為26.6 L/（mmol·cm）[23]。脯氨酸以80%乙醇提取，含量測定采用茚三酮法。生理指標測定均以鮮重為準。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗重復3次，數(shù)據(jù)以平均值±標準誤表示，以DPS軟件進行單因素方差分析（LSD法）。

2 結果與分析

2.1 洋常春藤和金邊吊蘭對香煙煙霧部分成分的凈化效果

由圖1a、圖1b可知，在約0.2 m3的密閉空間中，2支香煙燃燒后CO濃度迅速升高到500 mg/m3以上，后隨著時間延長逐漸消散。試驗的2種垂吊植物洋常春藤和金邊吊蘭均可在一定程度上吸收香煙煙霧中的CO，洋常春藤的單位葉面積（m2）凈清除率為22.10%，金邊吊蘭單位葉面積凈清除率為15.80%。此外，通風組4 h通風1次，每次5 min，開口約0.04 m2，由圖1可知，第1次通風后CO濃度急劇下降，表明通風的效果明顯。

香煙燃燒也會產(chǎn)生大量的可吸入顆粒物，測定PM2.5濃度變化可知所試植物的吸塵作用明顯，洋常春藤的單位葉面積凈清除率達79.22%，且清除速度快于金邊吊蘭（圖1c、圖1d）。

2.2 香煙煙霧脅迫對洋常春藤和金邊吊蘭生長的影響

香煙煙霧處理對洋常春藤和金邊吊蘭的生長產(chǎn)生了一定的影響，新葉出現(xiàn)黑褐色斑塊，葉緣焦枯，金邊吊蘭葉片還出現(xiàn)水漬狀區(qū)塊（圖2b、圖2e）。未經(jīng)香煙煙霧處理但密閉條件下48 h內(nèi)植物生長正常（圖2a、圖2d）。香煙煙霧處理后每4 h伴有1次短時通風處理，植物生長也未見明顯表型變化（圖2c、圖2f）。

2.3 香煙煙霧處理下洋常春藤和金邊吊蘭的生理響應

2.3.1 香煙煙霧處理對洋常春藤和金邊吊蘭活性氧和膜脂過氧化的影響 MDA是膜脂過氧化的產(chǎn)物。經(jīng)過香煙煙霧處理，洋常春藤葉片MDA含量上升至未經(jīng)香煙煙霧處理時的2.3倍；而香煙煙霧處理伴有短時通風情況下MDA含量與未經(jīng)香煙煙霧處理相比未有顯著差異（圖3）。金邊吊蘭葉片MDA含量上升幅度相對較小，香煙煙霧處理且密閉條件下，MDA含量為未經(jīng)香煙煙霧處理的1.33倍，而香煙煙霧處理后即使后期通風處理，MDA含量與未經(jīng)香煙煙霧處理相比也有顯著上升，增加20.7%（圖3）。

香煙煙霧在體外可產(chǎn)生大量的活性氧，包括O2·-、H2O2和羥自由基（·OH）等，能造成生物DNA氧化損傷[6]。結果表明，香煙煙霧處理會誘導所試2種植物葉片中活性氧增加（圖4a、圖4b），尤其是洋常春藤葉片活性氧劇增，處理間差異顯著，從而引起膜脂過氧化，造成植物氧化損傷（圖3）。

2.3.2 香煙煙霧處理對洋常春藤和金邊吊蘭POD活性和脯氨酸含量的影響 在逆境下，植物首先會啟動自身的保護系統(tǒng)響應環(huán)境變化，如增強抗氧化酶活性清除活性氧，增加脯氨酸、甜菜堿、可溶性糖和可溶性蛋白等小分子合成，調(diào)節(jié)滲透壓，穩(wěn)定生物大分子結構。由圖5可知，2種植物均增強了POD活性，以清除H2O2，且增加了脯氨酸的合成。金邊吊蘭POD活性和脯氨酸含量增幅（169%和110%）均大于洋常春藤（41%和68%）（圖5、圖6）。綜上可知，金邊吊蘭對香煙煙霧的抗性可能強于洋常春藤。

3 討論

室內(nèi)觀賞植物對污染物的凈化具有選擇性，同種植物對不同污染物的清除效果不同，且不同植物對同種污染物的清除能力也不盡相同。如非洲茉莉（Fagraea ceilanica）吸收甲醛的能力較強，而金錢樹（Zamioculcas zamiifolia）則較弱，但金錢樹清除二甲苯的能力卻很強[24，25]。因此，學者們一直致力于適用植物品種的篩選與配置。香煙不完全燃燒發(fā)生熱裂解和熱化合反應，產(chǎn)生大量致癌物、致突變物等有害物質(zhì)，造成DNA氧化損傷，微核形成，細胞癌變，嚴重危害生物健康[3-14，26，27]。因而室內(nèi)空氣中香煙煙霧污染的防控也亟待加強。本試驗證實常見垂吊植物洋常春藤和金邊吊蘭均可在一定程度上吸收和吸附香煙煙霧產(chǎn)生的CO和PM2.5，加速空氣凈化。

植物對空氣污染物如甲醛、PM2.5的凈化與葉的形態(tài)結構、著生角度、氣孔導度、表面分泌物等相關[25，28]。洋常春藤與金邊吊蘭葉片表面均較平滑，略有皺褶，沒有絨毛，氣孔位于下表皮[29]。從解剖結構上來看，與洋常春藤同屬的常春藤（H. nepalensis var. sinens）葉片柵欄組織和海綿組織分化明顯，葉片密集堅挺，氣孔密度大于金心吊蘭（C. capense var. medio-pictum）[30]。而與金邊吊蘭同屬的金心吊蘭、寬葉吊蘭等的葉片為等面型葉的結構，沒有明顯的柵欄組織與海綿組織的分化[31]。洋常春藤可通過氣孔途徑和非氣孔途徑去除甲醛，并以前者為主[29]。本試驗表明洋常春藤的CO吸收能力與滯塵能力均優(yōu)于金邊吊蘭，可能與其葉片結構特點有關。

在植物凈化空氣過程中，污染物對植物本身的影響也不溶忽視。有研究表明植物對空氣污染物的凈化能力與自身的抵抗能力無明顯正相關關系[15]。從表型來看，相同濃度的香煙煙霧處理，2種植物葉片均表現(xiàn)受害癥狀。撤去脅迫后，生長可漸漸恢復。從生理指標來看，2種植物葉片活性氧含量增加，造成膜脂過氧化損傷；植物啟動抗氧化系統(tǒng)，增強POD等活性，清除活性氧；且洋常春藤的氧化損傷程度大于金邊吊蘭，而金邊吊蘭抗氧化能力強于洋常春藤。前期研究也表明，低光強下、低溫或甲醛處理下，洋常春藤表現(xiàn)出較強的環(huán)境響應和自我修復能力，生理指標變化明顯，可塑性大于吊蘭[29，30，32]。丁艷麗等[33]研究表明，葉片滯塵后，植物葉片脯氨酸含量呈現(xiàn)不同程度的升高。脯氨酸有利于維持細胞結構與功能的完整，保護細胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定，還可保護細胞內(nèi)抗性相關的酶，使器官組織中的生物分子免受有毒氣體傷害。本試驗中，金邊吊蘭的POD和脯氨酸上升幅度較大，說明其對香煙煙霧的抗性強于洋常春藤。這與歐佳等[34]的研究結果一致，認為蘆薈（Aloe vera）和吊蘭（C. comosum）抗性能力較強，適合作甲醛吸收植物；綠籮（Epipremnum aureum）和常春藤甲醛吸收能力較強但抗性弱，適合作甲醛指示植物。

綜上所述，洋常春藤與金邊吊蘭均可在一定程度上凈化香煙煙霧，且植物的生長與生理均受到了影響，葉片細胞受到氧化損傷，植物會啟動相應的保護系統(tǒng)抵御香煙煙霧的毒害。洋常春藤對香煙煙霧的凈化能力優(yōu)于金邊吊蘭，而金邊吊蘭的抗性強于洋常春藤。

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