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(jī)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(yán)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(jī)物的降解，因而植物光合作用器官在植物對有機(jī)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(shí)吊蘭對甲醛的吸收能力最強(qiáng)，但其體內(nèi)MDA含量的增加也最多，增加多達(dá)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(shí)驗(yàn)證實(shí)，甲醛脅迫下擬南芥幼苗 H2O2含量顯著增加，蛋白碳?；黾?，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(yán)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(biāo)，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(dá)譜芯片分析了甲醛脅迫下擬南芥的基因表達(dá)情況，證實(shí)甲醛脅迫下擬南芥約2450個基因表達(dá)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(yùn)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(xì)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(xì)胞表面受體編碼基因，17個過氧化物酶編碼基因，10 個細(xì)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(yàn)證了上述變化。過表達(dá)擬南芥熱休克蛋白因子AtHsfA1d或過氧化氫酶CAT增強(qiáng)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(diǎn)，是國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)技術(shù)。目前關(guān)于植物對空氣污染物的凈化效果與機(jī)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(shí)美國薄荷對甲醛的抗性較弱，而泡葉冷水花具有較強(qiáng)的甲醛吸收能力和耐受能力。目前很受消費(fèi)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(shí)驗(yàn)裝置的完善與持續(xù)性研究有待加強(qiáng)

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(jìn)而影響氣體吸收，甚至影響植物的
光合作用與生長。因此實(shí)驗(yàn)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(shí)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(dá)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(shí)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(diǎn)。

6.4 植物吸收與轉(zhuǎn)化機(jī)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(jī)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(jìn)一步核實(shí)。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(shí)過表達(dá)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(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)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(jìn)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(jī)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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