4.2 室內(nèi)空氣污染物對植物生理生化的影響

室內(nèi)有機污染物可能會引起葉綠體破壞，影響葉綠素的合成，從而影響植物的光合作用。20 ppm（或12 μmol）甲苯處理，對所試植物Fv/Fm沒有顯著性影響，而相同濃度的乙苯嚴重抑制了長壽花、富貴竹和朱蕉(Cordyline fruticosa)等的Fv/Fm值，且它們清除乙苯的能力也較低。二甲苯濃度增大會導(dǎo)致金錢樹 Fv/Fm 比值下降，說明二甲苯破壞了金錢樹的PSII系統(tǒng)；光學(xué)顯微鏡和透射電子顯微鏡可觀察到低濃度二甲苯可導(dǎo)致植物葉綠體受到輕微損害，而高濃度二甲苯則導(dǎo)致葉綠體發(fā)生膨脹和損害，并出現(xiàn)泡狀降解。苯會影響楓樹和玉米葉片葉綠體的超微結(jié)構(gòu)。葉綠體的損害會減弱植物對有機物的降解，因而植物光合作用器官在植物對有機污染物的代謝清除中起著不可低估的作用。

MDA 是膜脂過氧化最重要的產(chǎn)物之一。的研究發(fā)現(xiàn)，甲醛濃度為288 mg/m3時，黃常山葉片中的 MDA 含量升高了 178%，短梗大參葉片 MDA含量升高 19%，而袖珍椰子葉片 MDA 含量反而比對照降低了24%。證實吊蘭對甲醛的吸收能力最強，但其體內(nèi)MDA含量的增加也最多，增加多達對照的185%；而廣東萬年青吸收甲醛的能力最弱，MDA上升量卻僅為吊蘭的一半。有意思的是，實驗證實，甲醛脅迫下擬南芥幼苗 H2O2含量顯著增加，蛋白碳酰化增加，DNA-蛋白交聯(lián)增加，而MDA含量卻下降，作者推測甲醛對植物的傷害并非膜脂過氧化而是蛋白過氧化。

植物受到室內(nèi)空氣污染物影響后會合成可溶性蛋白、脯氨酸、可溶性糖、花青素等小分子物質(zhì)，以抵御環(huán)境脅迫，也會激活抗氧化系統(tǒng)以清除活性氧。而當(dāng)污染物濃度過大或持續(xù)時間過長，植物生長受到嚴重傷害，蛋白等合成受阻，含量下降，植物也趨于枯萎死亡。測定生理生化指標，可衡量綠色植物受室內(nèi)空氣污染物脅迫的程度，亦可判斷植物對室內(nèi)空氣污染脅迫的敏感性。

5 植物響應(yīng)空氣污染物脅迫的轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究

利用Affymetrix擬南芥全基因表達譜芯片分析了甲醛脅迫下擬南芥的基因表達情況，證實甲醛脅迫下擬南芥約2450個基因表達發(fā)生了變化，666個上調(diào)，1783 個下調(diào)，這些基因中功能明確的有 445個。其中下調(diào)的基因中25%與脅迫和死亡相關(guān)，22%與轉(zhuǎn)錄和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)，21%參與次生代謝，15%為轉(zhuǎn)運相關(guān)的轉(zhuǎn)錄本，僅有3%和2%關(guān)乎蛋白代謝和能量轉(zhuǎn)換。具體來說，上調(diào)基因中，32%參與轉(zhuǎn)錄和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，17%作用于碳水化合物、酯類和氨基酸代謝及次生代謝，15%參與蛋白質(zhì)代謝，13%與逆境和細胞死亡相關(guān)，另有3%是光合作用過程相關(guān)基因與葉綠體結(jié)構(gòu)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）。下調(diào)基因中有21個細胞表面受體編碼基因，17個過氧化物酶編碼基因，10 個細胞色素 P450 編碼基因，8 個葡糖基轉(zhuǎn)移酶編碼基因，6個谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶基因，而C1代謝相關(guān)基因只有 1 個下調(diào)。上調(diào)基因中 7 個為MYB轉(zhuǎn)錄因子，13個為蛋白折疊與修飾基因（主要為熱休克蛋白Hsp家族）。RT-PCR和13C-NMR結(jié)果驗證了上述變化。過表達擬南芥熱休克蛋白因子AtHsfA1d或過氧化氫酶CAT增強了煙草對甲醛的耐受。但是甲醛脅迫沒有誘導(dǎo)C1代謝相關(guān)酶上調(diào)。由此推測甲醛在植物體內(nèi)的代謝可能還另有途徑，或經(jīng)由信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑引起植物的抗逆響應(yīng)，因而室內(nèi)空氣污染物引起的植物信號轉(zhuǎn)導(dǎo)應(yīng)答途徑研究將有可能真正揭示污染物在植物體內(nèi)的去向。

6 展望

目前室內(nèi)空氣污染問題已引起了社會人們的高度關(guān)注，有關(guān)其對人體健康危害的報道也越來越多。甲醛、苯系物等作為室內(nèi)空氣的首要污染物，如何消除已成為目前降低室內(nèi)空氣污染的首要問題。植物凈化技
術(shù)在眾多清除技術(shù)中有著成本低廉、簡單環(huán)保的優(yōu)點，是國內(nèi)外研究的熱點技術(shù)。目前關(guān)于植物對空氣污染物的凈化效果與機制研究已獲得了一些重要突破，但仍有許多問題亟待解決。

6.1 植物品種相對集中

雖然綠色植物種類繁多，而被應(yīng)用于室內(nèi)空氣凈化研究的仍為少數(shù)，主要集中在吊蘭、虎尾蘭、常春藤
等常規(guī)室內(nèi)觀賞植物上，還需積極篩選高效的植物以清除室內(nèi)空氣污染物。例如，筆者研究了新型觀賞植
物 美 國 薄 荷 (Monarda didyma)、泡 葉 冷 水 花 (Pileanummulariifollia)等對甲醛的吸收與轉(zhuǎn)化，證實美國薄荷對甲醛的抗性較弱，而泡葉冷水花具有較強的甲醛吸收能力和耐受能力。目前很受消費者歡迎的多肉類植物是否有助于凈化空氣也值得研究。

6.2 復(fù)合污染與聯(lián)合修復(fù)的研究有待深入

目前國內(nèi)外關(guān)于植物對甲醛和苯等室內(nèi)空氣污染物的凈化研究，往往集中在單一的污染物和濃度值，復(fù)合污染條件下的研究較少。植物組合凈化的研究也較少，主要關(guān)注了單一植物的作用效果。既然室內(nèi)觀賞植物對室內(nèi)污染物具有選擇吸收特性，多種植物組合的相互影響與作用效果也值得研究。此外，植物與光
催化作用、吸附修復(fù)等的聯(lián)合修復(fù)技術(shù)也有待開發(fā)。

6.3 實驗裝置的完善與持續(xù)性研究有待加強

以往研究往往以自制的密閉容器為主，一來空間較小，未能完全模擬室內(nèi)環(huán)境；二來由于植物的蒸騰作用與光合作用，容易導(dǎo)致濕度增加和CO2濃度降低，這會影響氣孔導(dǎo)度進而影響氣體吸收，甚至影響植物的
光合作用與生長。因此實驗裝置還可充分考慮改裝，使之更為合理。另一方面，在密閉裝置內(nèi)，考察植物凈化空氣污染物的連續(xù)時間一般都不超過72 h；而實際上，家具、油漆等釋放甲醛、苯系物的過程是緩慢而持續(xù)的，可長達3~15年。研究表明具有清除甲醛等能力的植物在小空間內(nèi)清除甲醛效率很高，而在實際的居住環(huán)境中發(fā)揮作用需要至少3周的時間，這說明植物修復(fù)具有長期性。因此有必要持續(xù)觀察低濃度與復(fù)合污染下植物的凈化作用。另外，植物對甲醛的吸收能力與其對甲醛的耐受能力無正相關(guān)關(guān)系，且脅迫濃度過高時，植物可能會將所吸收的甲醛重新釋放到空氣中去，造成二次污染。所以尋找吸收效率高且耐受性也高的植物是下一步探究的熱點。

6.4 植物吸收與轉(zhuǎn)化機理的分子生物學(xué)研究還有待深入

目前研究主要集中在植物的吸收能力上，對于吸收機理研究還不夠，這些污染物在植物體內(nèi)的代謝還只是初步研究，代謝通路仍有待商榷，需進一步核實。關(guān)于抗甲醛相關(guān)基因研究處于起步階段，最初是國外學(xué)者涉及該領(lǐng)域的研究，近年來陳麗梅課題組在這方面做了大量工作，研究了甲醛脅迫下擬南芥的生理生化變化與轉(zhuǎn)錄組變化，篩選到一些抗性基因，并證實過表達cat、faldh、AtHsfA1d等基因可提高煙草對甲醛的抗性。植物響應(yīng)苯系物等污染的分子生物學(xué)研究還未見報道。轉(zhuǎn)錄組學(xué)實驗結(jié)果證實轉(zhuǎn)錄與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)基因大量變化，因而室內(nèi)空氣污染物引起的植物信號轉(zhuǎn)導(dǎo)應(yīng)答途徑研究將有助于揭示污染物在植物體內(nèi)的去向。因此，亟需利用現(xiàn)代基因組學(xué)、蛋白組學(xué)和代謝組學(xué)的方法進一步研究植物對甲醛、苯系物等污染的響應(yīng)，理順代謝通路，以揭示其轉(zhuǎn)化機理。從而可在現(xiàn)有植物種類海選的基礎(chǔ)上，有針對性地尋找高效或新型植物；或借助轉(zhuǎn)基因技術(shù)優(yōu)化現(xiàn)有植物材料，以凈化和美化室內(nèi)環(huán)境。

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