苯污染脅迫下耐陰觀葉植物APX活性變化研究

魯敏譚蕾王晗吳天緣趙學明

(1.山東建筑大學 風景園林科學研究中心，山東 濟南250101；2.山東建筑大學 藝術學院，山東 濟南250101)

0 引言

室內空氣污染嚴重影響人類身體健康，是制約人類社會可持續發展的環境問題之一[1-2]。耐陰觀葉植物是能長期在蔭蔽環境中正常存活生長的植物，對于一定濃度范圍內的大氣污染物，不僅具有一定程度的抵抗力，而且也具有相當程度的吸收能力。耐陰觀葉植物對室內化學污染抗性的強弱是決定其能否長期在污染環境中正常生長發育，進而穩定、持續、有效地發揮吸收凈化能力的前提和基礎[3-4]。因此，利用耐陰觀葉植物凈化化學污染已成為室內化學污染生態修復研究的熱點和方向[5]。

苯是持久且難以降解的化學物質，也是室內空氣污染含量最高的有害氣體，被稱為室內空氣污染的“三大隱形殺手”之一，通過呼吸系統進入血液，危害人體內的淋巴細胞，有致癌、致畸、致突變等危害，嚴重威脅人們的生命健康安全[6-7]。利用耐陰觀葉植物凈化室內空氣中苯的污染是一種行之有效的治理手段，而植物對苯抗性的強弱是其持續、穩定發揮吸收凈化能力的前提[8]。近年來，諸多專家學者對植物的抗性及逆境脅迫進行了實驗分析，身處污染環境中的植物會產生相應的生理生化反應，即苯氣體被植物吸收后，植物體內的多種酶、非酶物質的含量或活性，以及植物葉片的結構、性能和植物的多種生命活動如蒸騰、光合、呼吸作用，均會產生一系列的變化，表現為植物對苯污染的抗性響應機制[9-12]。

植物體內的抗氧化酶系物可以抵御、清除活性氧，維持細胞膜穩定和植物的體態，增強植物的抗性，達到降低或清除毒害的效果，其中超氧化物歧化酶(Superoxide Dismutase，SOD)可催化超氧陰離子自由基歧化生成氧和過氧化氫；過氧化氫酶(Catalase，CAT)的活性增加可分解苯污染環境下植物的代謝廢物過氧化氫；過氧化物酶(Peroxidase，POD)可催化過氧化氫氧化酚類或胺類化合物，與植物光合作用和呼吸作用相互影響[13-17]。抗壞血酸過氧化物酶(Aseorbate Peroxidase，APX)作為植物必不可少的抗氧化酶，可催化抗壞血酸與過氧化氫，促進植物體內的過氧化氫代謝轉換，是葉綠體中清除過氧化氫的關鍵酶[7，18-20]。測定植物在苯污染脅迫后體內APX活性變化，是判斷植物對苯污染脅迫的抗性能力強弱的重要依據，植物體內APX活性變化率越小，植物對苯污染的抗性能力越強[19，21]。植物的抗氧化酶系活性變化可以直觀的體現植物對室內苯污染的凈化作用，有利于探究室內耐陰觀葉植物對室內生態環境的修復功效[22]。

目前，國內外相關研究多集中在植物對室內空氣化學污染的吸收凈化和抗性能力及其生理生化指標的研究上，對耐陰觀葉植物酶類物質的研究多集中在SOD、POD和丙二醛(Malondialdehyde，MDA)活性，在污染脅迫中APX活性變化的研究少見報道。

選取8種常見室內植物，經熏氣實驗后，分析植物苯污染體內的APX活性，判斷常見室內植物的抗性能力，為植物修復室內苯空氣污染提供了數據與依據。

1 材料與方法

1.1 供試植物

供試植物由濟南市花木聯合開發公司提供。實驗選取對室內化學污染凈化修復效果較好的8種常見室內觀葉植物(見表1)。供試材料選擇土壤栽培基質一致，大小、長勢一致，生長狀態良好的植株。

表1 實驗植物材料表

1.2 實驗設計

實驗在山東建筑大學省級環境實驗中心進行。

實驗采用模擬艙密閉熏氣法處理實驗植物[19]，采用長、寬、高均為0.8 m的玻璃立方體箱作為人工密閉熏氣艙，箱內安裝一臺220 V、80 W的小型風扇，箱內溫度控制在25℃，保持適宜光照和濕度。為保證箱體的密封性能，在放置實驗植物之后，立即用密封條進行密封，減少箱內氣體與外界的交換。

室內耐陰觀葉植物在25、50、100 mg/m33個濃度苯環境中POD、MDA、葉綠素Chl的變化率明顯，因此為直觀體現植物APX對高苯濃度的反應，采用純度為99%的苯設置3個濃度的苯濃度梯度，選取濃度為25、50、100 mg/m3，以不熏氣為對照，采用隨機區組3次重復設計，進行脅迫實驗。

熏氣前，將供試盆栽植物的葉片洗凈并晾干，用塑料薄膜將土盆部分包扎密封，露出植株，并分批次放入相應的人工密閉熏氣艙熏氣24 h后采樣，用去離子水將葉片洗凈晾干，測定其APX含量。

1.3 樣品測定

1.3.1 粗酶液的配置

(1)制備50 mmol/L、pH值為7.0的磷酸鹽緩沖液(Phosphate Buffered Saline，PBS)，存放于廣口瓶中。

(2)每個濃度植物熏氣后，稱取0.5 g的植物葉片3份，稱取未熏氣的0.5 g植物葉片1份，作為對照。剪碎葉片，放入研缽搗碎，加入石英砂，用少量PBS溶液研磨至勻漿。

(3)將研磨后的液體勻漿放入離心管中離心15 min，其轉速為15 000 r/min，置于容量瓶中，用提取液定容，取清液即粗酶液，置于冰箱中備用。

1.3.2 樣品測定

(1)選取4個清洗干凈的比色皿，分別編號0～3。向1～3號比色皿中加入50 mmol/L、pH值為7.0的PBS溶液1.8 mL，加入15 mmol/L的抗壞血酸(Ascorbic Acid，AsA)溶液0.01 mL；0號比色皿中加入0.05 mmol/L、pH值為7.0的PBS溶液，作為對照組。

(2)向0～3號的4個比色皿中加入1 mL、0.3 mmol/L的過氧化氫后，即刻用紫外分光光度計進行測量，每間隔20 s測定樣品溶液在290 nm波長下的吸光度A290，共測定5次數值后，計算APX的變化。

1.4 數據分析方法

使用電子表格Excel及統計產品與服務解決方案軟件SPSS 17.0進行數據處理，采用方差和多重比較分析8種植物APX活性的變化及其抗性能力。多重比較分析采用了最小顯著性差異(Least Significant Difference，LSD)法，差異顯著水平為0.05。

2 結果與分析

8種實驗植物在不同濃度的苯脅迫24 h后，其APX活性變化情況見表2。

表2 3種苯濃度脅迫下實驗植物APX活性變化表

表2表明，不同濃度苯的熏氣24 h后，8種植物的APX活性均呈不同程度的增大趨勢。以苯濃度和植物種類為雙因子，利用SPSS 17.0數據分析處理軟件中的雙因子方差分析方法，對供試植物的APX活性變化率進行方差分析，其結果見表3，其數據分析擬合優度R-Sq為99.9%，調整后其值為99.8%。

表3 3種苯濃度脅迫下實驗植物APX活性變化方差分析表

由表3可知，8種植物的APX活性變化受植物種類、苯濃度以及二者交互作用的影響差異均達極顯著水平。其中，苯濃度F值為12 282.584，大于植物種類的F值2 125.573，表明苯濃度較植物種類對8種耐陰觀葉植物APX活性變化的影響更為顯著。

2.1 25 mg/m3苯脅迫下室內耐陰觀葉植物APX活性變化

8種室內植物在25 mg/m3苯脅迫環境下，對APX活性變化率進行單因素方差分析，結果見表4。其中，數據分析的擬合優度R-Sq為99.4%，調整后其值為99.1%。

表4 25 mg/m3苯脅迫下實驗植物APX活性變化方差分析表

由表4可知，當苯濃度為25 mg/m3時，實驗植物的APX活性變化受植物種類的影響差異達極顯著水平。通過多重比較對供試植物的APX活性變化率進行分析，結果見表5，為編號為i的植物APX活性變化率的平均值，其LSD0.05數據分析結果為0.016058。

表5 25 mg/m3苯脅迫下實驗植物APX活性變化多重比較表

表5表明，當苯濃度為25 mg/m3時，實驗植物的APX活性均增大，其變化差異均達極顯著水平。其中，X5的APX活性變化率最小，為9.44%，表明金邊虎尾蘭抗性能力最強；X8次之，為11.96%；X4的APX活性變化率最大，為37.62%，表明綠蘿對此濃度苯污染脅迫下的抗性能力最弱。

由表5可見，在25 mg/m3苯脅迫濃度下，根據8種植物的APX活性變化情況，綜合評定其抗性能力大小排序為:X5＞X8＞X7＞X6＞X1＞X2＞X3＞X4。

2.2 50 mg/m3苯脅迫下室內耐陰觀葉植物APX活性變化

8種室內植物在50 mg/m3苯脅迫環境下，對其APX活性變化率進行單因素方差分析，結果見表6，其數據分析擬合優度R-Sq為99.4%，調整后其值為99.2%。

表6 50 mg/m3苯脅迫下實驗植物APX活性變化方差分析表

由表6可知，當苯濃度為50 mg/m3時，植物種類對實驗植物的APX活性變化影響差異達極顯著水平。通過多重比較對供試植物的APX活性變化率進行分析，結果見表7，LSD0.05數據分析結果為0.016266。

由表7知，當苯濃度為50 mg/m3時，實驗植物的APX活性均增大，其變化差異均達極顯著水平。其中，X5 APX活性變化率最小為17.42%，表明X5金邊虎尾蘭抗性能力最強；X8次之，為22.06%；X4的APX活性變化率最大，為49.92%，表明綠蘿對此濃度苯污染脅迫下的抗性能力最弱。

由表7可見，在50 mg/m3苯脅迫濃度下，根據8種植物的APX活性變化情況，綜合評定其抗性能力大小排序為:X5＞X8＞X7＞X6＞X1＞X2＞X3＞X4。

表7 50 mg/m3苯脅迫下實驗植物APX活性變化多重比較表

2.3 100 mg/m3苯脅迫下室內耐陰觀葉植物APX活性變化

8種室內植物在100 mg/m3苯脅迫環境下，對其APX活性變化率進行單因素方差分析，結果見表8，其數據分析擬合優度R-Sq為99.9%，調整后其值為99.8%。

表8 100 mg/m3苯脅迫下實驗植物APX活性變化方差分析表

由表8可知，當苯濃度為100 mg/m3時，8種實驗植物的APX活性變化受植物種類的影響差異達極顯著水平。通過多重比較對供試植物的APX活性變化率進行分析，結果見表9，其LSD0.05值為0.018319。

表9 100 mg/m3苯脅迫下實驗植物APX活性變化多重比較表

表9表明，當苯濃度為100 mg/m3時，實驗植物的APX活性變化差異均達極顯著水平，且APX活性均增大。其中，X5的APX活性變化率最小為35.25%，表明金邊虎尾蘭抗性能力最強；X8次之，為40.59%；X4的APX活性變化率最大，為101.26%，表明綠蘿對此濃度苯污染脅迫下的抗性能力最弱。

由表9可見，在100 mg/m3苯脅迫濃度下，根據8種植物的APX活性變化情況，綜合評定其抗性能力大小排序為:X5＞X8＞X7＞X6＞X1＞X2＞X3＞X4。

根據以上分析可知，在25、50、100 mg/m33種苯脅迫環境下，8種實驗植物的APX活性變化受植物種類的影響差異均達極顯著水平，且同種植物的APX活性變化率隨著苯脅迫濃度的增加而不斷上升，這說明室內耐陰觀葉植物對苯的反應也不斷增加。因而8種耐陰觀葉植物抗性能力大小排列順序為:X5＞X8＞X7＞X6＞X1＞X2＞X3＞X4。

3 結論

通過上述研究可知:

(1)8種植物的APX活性變化受植物種類、苯濃度以及二者交互作用的影響差異均達極顯著水平；苯濃度較植物種類對8種耐陰觀葉植物APX活性變化的影響更為顯著。

(2)在25、50、100 mg/m33種濃度的苯污染脅迫下，8種室內耐陰觀葉植物的APX活性均增大。其中，APX活性變化率最小的植物為金邊虎尾蘭，分別為9.44%、17.42%、35.25%，其抗性能力最強；綠蘿的APX活性變化率均最大，分別為37.63%、49.92%、101.26%，其抗性能力最弱。

(3)綜合評定8種室內耐陰觀葉植物對苯污染的抗性能力，從強到弱依次為金邊虎尾蘭、竹柏、長壽花、白鶴芋、吊蘭、銀邊吊蘭、貓眼竹芋、綠蘿。