全 文 ：植物对羰基化合物的排放与吸收研究进展*
李摇 剑**摇 蔡摇 竟摇 颜流水摇 李羚娜摇 陶摇 敏
(南昌航空大学环境与化学工程学院 /生态诊断修复与污染阻断江西省重点实验室, 南昌 330063)
摘摇 要摇 综述了植物排放、吸收羰基化合物的研究成果,讨论了植物与大气之间羰基化合物
的交换补偿点问题.气孔和角质层的吸收是醛类被植物净化的重要途径.羰基化合物进入植
物叶片后,在叶片体内酶的作用下绝大部分被代谢为有机酸、糖类、氨基酸、二氧化碳等产物.
根据补偿点及周围大气中羰基化合物的浓度可初步推断出植物与大气之间羰基化合物的交
换方向.简要叙述了目前植物排放羰基化合物以及植物叶片中羰基化合物的分析方法,如
DNPH / HPLC / UV和 PFPH / GC / MS法.最后指出未来的研究热点为:改进和优化植物排放羰
基化合物的分析方法和研究体系(如植物鄄土壤体系)、扩大植物排放羰基化合物的检测种类
范围、筛选净化污染能力强的植物物种,以及推广植物修复大气污染技术.
关键词摇 羰基化合物摇 植物排放摇 植物吸收摇 分析方法
文章编号摇 1001-9332(2013)02-0563-08摇 中图分类号摇 X173摇 文献标识码摇 A
Carbonyl compounds emission and uptake by plant: Research progress. LI Jian, CAI Jing,
YAN Liu鄄shui, LI Ling鄄na, TAO Min (Jiangxi Province Key Laboratory for Ecological Diagnosis鄄
Remediation and Pollution Control, School of Environmental and Chemical Engineering, Nanchang
Hangkong University, Nanchang 330063, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2013,24(2): 563-570.
Abstract: This paper reviewed the researches on the carbonyl compounds emission and uptake by
plants, and discussed the compensation point of the bidirectional exchange of carbonyl compounds
between plants and atmosphere. The uptake by leaf stomata and stratum corneum is the principal
way for the purification of air aldehydes by plants. After entering into plant leaves, most parts of
carbonyl compounds can be metabolized into organic acid, glucide, amino acid, and carbon diox鄄
ide, etc. , by the endoenzymes in leaves. The exchange direction of the carbonyl compounds be鄄
tween plants and atmosphere can be preliminarily predicted by the compensation point and the con鄄
centrations of ambient carbonyl compounds. This paper summarized the analytical methods such as
DNPH / HPLC / UV and PFPH / GC / MS used for the determination of carbonyl compounds emitted
from plants or in plant leaves. The main research interests in the future were pointed out, e. g. , to
improve and optimize the analytical methods for the determination of carbonyl compounds emitted
from plants and the researches on systems ( e. g. , plant鄄soil system), to enlarge the detection
species of carbonyl compounds emitted from plants, to screen the plant species which can effectively
metabolize the pollutants, and to popularize the phytoremediation techniques for atmospheric
pollution.
Key words: carbonyl compound; plant emission; plant uptake; analytical method.
*国家自然科学基金项目(41003057)、江西省自然科学基金项目
(20122BAB213017)、江西省教育厅科技项目(GJJ11166)和南昌航空
大学博士启动项目(EA200902391)资助.
**通讯作者. E鄄mail: lijian@ nchu. edu. cn
2012鄄04鄄21 收稿,2012鄄10鄄17 接受.
摇 摇 羰基化合物是大气中痕量挥发性有机污染物的
重要组分之一.其不仅为大气光化学反应提供大量
的自由基,也是光化学反应的重要中间产物[1-2],并
直接参与大气中二次有机气溶胶(secondary organic
aerosol)的形成[3],严重影响着城市的空气质量. 多
种羰基化合物对人体具有很强的毒性和刺激性,对
人体健康构成潜在的危害[4],如甲醛已被美国环保
署( USEPA)、美国国家职业安全和卫生研究所
(NIOSH)以及职业安全和健康署(OSHA)列为人类
的致癌物质[5] .其他的一些羰基化合物(如乙醛、丙
烯醛、丁烯醛等)会刺激人的眼睛、皮肤和上呼吸道
粘膜等[6] .酮类对人的眼睛和鼻子的粘膜、神经末
应 用 生 态 学 报摇 2013 年 2 月摇 第 24 卷摇 第 2 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Feb. 2013,24(2): 563-570
梢有刺激作用,且长时间暴露在高浓度的酮类化合
物之中,会导致昏迷、眩晕和身体不协调等[7] .
大气中羰基化合物的来源非常复杂,主要有人
为来源、自然来源和大气光化学反应等[8] . 其中,人
为来源包括有化石燃料燃烧、汽车尾气、工厂排放、
溶剂应用、生物质燃烧、抽烟等[9-10] .自然来源则以
植物排放为主[11-12] . Guenther 等[13]报道,全球森林
每年向大气排放包括羰基化合物在内的挥发性有机
物(volatile organic compounds, VOCs)约1150 Tg,占
VOCs总排放量的 90%以上.此外,植物还能吸收和
净化羰基化合物[14-15] .如许多室内观赏植物能够净
化吸收室内空气中的甲醛、乙醛等羰基化合物. 目
前,植物的净化毒物特性已引起人们的广泛关注.本
文主要从植物排放、植物吸收羰基化合物、以及植物
排放与吸收羰基化合物的角度论述国内外相关研究
进展,旨在为深入研究不同种类植物与空气中羰基
化合物的关系、城市园区及居住区绿化植物的选择
与搭配以及植物对室内外大气污染的修复技术的推
广等提供一些理论支持.
1摇 植物对羰基化合物的排放
目前,有关大气中羰基化合物生物来源的研究
主要集中在植物排放方面. 植物排放主要指叶片、
花、果实等植物体部位的直接排放,以及植物表皮角
质层 蜡 质、 生 物 脂 肪 酸 的 氧 化、 分 解、 释 放
等[12,16-18] .如植物开花部位(如花冠)会释放苯甲
醛、苯乙醛等芳香化合物[19] .植物在代谢过程、受外
界环境胁迫及机体某些组成物质腐败分解的情况
下,会排放大量羰基化合物.植物叶片内的角质层腊
在臭氧的分解下会产生香叶基丙酮 ( geranyl ace鄄
tone)、6鄄甲基鄄5鄄庚烯鄄2鄄酮(6鄄methyl鄄5鄄hepten鄄2鄄one,
6鄄MHO)、4鄄侧氧戊醛(4鄄oxopentanal,4鄄OPA)和丙酮
(acetone)等醛酮类化合物[20] .在受外界胁迫的情况
下,植物细胞膜脂质会发生过氧化而产生丙二
醛[21-22] .陆地植物、植被在其生理代谢过程中可以
释放副产物丙酮,植物腐败分解 (如落叶分解等)也
能释放丙酮.研究表明,植物排放是大气中丙酮的一
个重要来源[23-24] .
国外对植物排放羰基化合物的研究较早,主要
集中在欧美地区.在日常情况下,欧洲山毛榉(Fagus
sylvatica)会释放甲醛、乙醛、丙酮等化合物,且白天
的排放量远高于夜晚[25] . Janson 和 De Serves[26]试
验证实,挪威云杉(Picea abies)和欧洲赤松(Pinus
sylvestris)会释放甲醛、乙醛、丙酮、丙烯醛等羰基化
合物,其中丙酮 /丙烯醛占据着重要部分. 油菜
(Brassica napus)、紫花苜蓿(Medicago sativa)、冬青
栎(Quercus ilex)、意大利伞松(Pinus pinea)、美国黄
松(Pinus ponderosa)和三角叶杨(Populus fremontii)
等,也能释放出大量的羰基化合物,以甲醛、乙醛、丙
酮等低分子量的羰基化合物为主[27-32] . 此外,一些
植物还会排放己醛、庚醛、辛醛、壬醛等高分子量羰
基化合物[33-34] .这也成为大气中高分子量羰基化合
物的一个重要来源.
除了植物本身的释放以外,在植物周围(如森
林)也能检测出多种羰基化合物. Hell佴n 等[35]在芬
兰南部一针叶林的空气中检测出了 22 种 C1 ~ C12的
羰基化合物,其中,丙酮含量最多. Yu 等[36]在我国
南部某森林公园的大气中也测出 20 余种羰基化合
物,其中,甲醛、乙醛含量最高.研究证明,植物释放
出的某些有机化合物(如异戊二烯、萜烯等)在大气
光化学反应中能被转化为醛酮类化合物[37] .如异戊
二烯在大气中可与·OH、·NO3、O3等发生化学反
应而产生甲基乙烯酮、甲基丙烯醛、甲醛等醛酮类化
合物,且排放量极大[38-39] .其中,异戊二烯光氧化对
大气中甲醛、乙醛等污染物的生成有着重要贡
献[40-41] .此外,落叶林、针叶林和农作物等植物也可
以排放大量的异戊二烯、萜烯等有机化合物.由此推
断,森林中植物排放和大气光化学反应是森林大气
中羰基化合物及 VOCs的主要来源.
目前植物排放羰基化合物的研究热点之一是其
日变化趋势[12] . 研究表明,植物在白天光合作用过
程中排放的羰基化合物的浓度和排放速率一般高于
夜晚的呼吸作用过程[34,42-43] .影响植物排放羰基化
合物的因素包括光照(昼夜)、温度、湿度、臭氧浓度
和植物本身的生理活动,以及受外界干扰胁迫等.
M俟ller等[44]对德国针叶林排放的羰基化合物进行
检测,发现乙醛、丙酮、甲基乙二醛等含量较高,且昼
夜变化大,认为植物排放羰基化合物与光照和温度
有关. Wildt等[33]发现,温度和臭氧通量会影响植物
的羰基化合物排放量. M俟ller 等[31]认为,油菜排放
甲醛、丁醛等醛酮类物质的量很高,可能与较高的温
度和臭氧浓度有关.在不同光照条件下,杨树(Popu鄄
lus simonii 伊 P郾 pyramidalis)、复叶槭(Acer negundo)
插条所排放的高分子量羰基化合物(C6 ~ C9)的量
不同,且二者呈明显的正相关[11,34] . 在日常的大气
环境中,欧洲山毛榉叶片会释放出甲醛、乙醛、丙酮
等,但当暴露在双倍浓度的臭氧环境下,其排放的乙
醛、丙酮的量有所增强[25] .由此推断,臭氧对植物羰
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基化合物的排放有着很大的影响.
当受到外界环境的胁迫时(如机械损伤、病原
体感染、草食性动物伤害等),植物会做出某些回
应,如释放出一系列 VOCs[45-46]以抵制其不利影响.
这些物质包括烷、烯烃类、醇类、醛类、酯类、醚类和
羧酸类等[47] . Hu 等[48]报道,杨树插条在受到机械
损伤的情况下,会产生直链饱和醛(乙醛、丁醛等)、
直链不饱和醛[如(E)鄄2鄄己烯醛等]、苯甲醛、糠醛
等 16 种醛类化合物. 烟草、番茄和玉米等暴露在高
浓度臭氧中、病菌(病原体)攻击及受外部损伤等生
物和非生物的胁迫条件下,植物的一些部位会发生
脂肪酸氧化,并释放(Z)鄄3鄄Hexenol、(E)鄄3鄄Hexenol、
(E)鄄2鄄Hexenal 等物质[49] . Kreuzwieser 等[50]采用根
部水浸的杨树(Populus tremula 伊 P郾 alba)进行昼夜
模拟试验,证实杨树叶片排放的乙醛来源于乙醇的
氧化,主要由于植物根部受水淹没,细胞通过无氧呼
吸产生乙醇,并经蒸腾作用被运输至叶片上,而后转
化为乙醛,经气孔释放. 复叶槭树(Acer negundo)的
离体插条会释放 C6 ~ C10的饱和羰基化合物,且在不
同的光照强度和氧气含量下,其释放量也各不相同,
可能是在光合作用时其与活性氧的反应有关[11] .外
源香草醛的胁迫会使嫁接茄子植株根系分泌的香草
醛减少,从而对植株的生长状况产生很大影响[51] .
植物排放羰基化合物的机理非常复杂,目前还
不完全清楚.植物所排放的羰基化合物可能来源于
植物体内的储藏库直接释放[12],也可能来源于经酶
参与的生物合成途径形成的化合物排放[33-34],这其
中包括植物生理代谢过程和在植物体内氧化而形成
的化合物,如植物排放副产物丙酮、植物体内乙醇氧
化成乙醛排放等.这些物质的排放也可能是为了平
衡其生物合成[12,33] .
目前关于植物排放的研究大多集中在对植物叶
片部位的排放,且研究的羰基化合物种类多数集中
在低分子量醛酮类化合物上[29-32],对半挥发性高分
子量羰基化合物特别是芳香族羰基化合物以及二羰
基化合物如苯甲醛、对甲基苯甲醛、乙二醛、甲基乙
二醛等的研究较少. 这可能是因为目前 DNPH /
HPLC / UV方法检测限过高,导致植物排放的高分子
量羰基化合物检测不到.如 USEPA 在 TO鄄11A 方法
中的苯甲醛和对鄄甲基苯甲醛的检测限分别为 0郾 21
和 0郾 20 滋g·m-3[6] . 而对于某些植物如樱花(Cera鄄
sus yedoensis)和白玉兰(Michelia alba),由于苯甲醛
和对鄄甲基苯甲醛的排放量很低,很难用 DNPH /
HPLC / UV方法检测到[52] .因此,迫切需要积极探索
检测限更低的羰基化合物的分析方法,以扩大羰基
化合物的检测种类,从而更全面地评价植物对空气
质量的影响.
2摇 植物对羰基化合物的净化
植物不仅能够排放出羰基化合物,还可以吸收、
净化沉降到其表面的羰基化合物. 空气中的有机污
染物会沉降(干沉降或湿沉降)到植物表面(主要是
叶面),或被吸附在表面上,或被植物气孔、表皮角
质层以及运输至其他部位吸收而后代谢为其他产
物.研究证明,甲醛可以参与植物代谢活动合成有机
酸、糖类、氨基酸、二氧化碳等产物[53-54],乙醛也会
在植物体内酶的作用下发生代谢过程[46] . Tani 和
Hewitt[15]认为,羰基化合物进入叶片后,绝大部分在
叶片内同化代谢或被转运至其他部位. 气孔和角质
层的吸收是醛类被植物净化的重要途径.
目前,对于植物净化羰基化合物的研究大多集
中在室内居住区域. Weng 等[55]研究表明,在室内检
测到的甲醛、乙醛、丙醛、丙酮、丁醛、戊醛 6 种羰基
化合物的含量明显大于室外,这主要在于室内的装
饰、家具老化释放等.室内空气中醛酮类污染物来源
复杂繁多,利用植物吸收净化污染物的特性,推广种
植绿色植物,以治理环境污染、改善室内空气质量,
对保障人体健康具有重要意义.
在 20 世纪 80 年代, Wolverton 等[56]开始研究
将植物用于净化室内空气,并对吊兰(Chlorophytum
comosum)、常青藤(Hedera nepalensis)等几十种植物
进行了研究,结果表明,植物除了可调节室内的温、
湿度之外,还可以去除室内一些有害污染物,如甲
醛、苯等[57] . Giese等[53]采用同位素14C 标记示踪法
进行植物净化甲醛实验,发现吊兰在 24 h 内对浓度
为 8郾 5 mg· m-3的甲醛气体的净化效率达到 88% .
Schmitz等[54]证实,植物能将甲醛代谢转化为糖类、
氨基酸和有机酸等. Tani 和 Hewitt[15]测定了白鹤芋
(Spathiphyllum kochii)和绿萝(Epipremnum aureum)
的叶片对正常空气中低分子量的醛类(C3 ~ C6)和
酮类(C4 ~ C6)化合物的吸收速率分别为 7 ~ 19 和
2 ~ 7 mmol· m-2·s-1,从而有效地去除空气中的醛
酮类化合物. Kondo 等[58]认为,不同植物对 C2 ~ C5
醛类化合物的吸收速率为落叶阔叶林树种>常绿阔
叶林树种>针叶林树种.
国内对植物净化羰基化合物的研究起步较晚,
且主要集中在对甲醛的净化研究.研究证明,多种室
内植物具有净化甲醛的能力(表 1).
5652 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 李摇 剑等: 植物对羰基化合物的排放与吸收研究进展摇 摇 摇 摇 摇
表 1摇 可以去除甲醛的室内观赏植物[59-62]
Table 1摇 Some ornamental plant species for formaldehyde removel [59-62]
中文名称
Chinese name
拉丁学名
Latin name
科名
Family name
生长习性
Growth habit
室内应用
Indoor application
吊兰 Chlorophytum 百合科 喜温暖湿润半阴 观叶盆栽
龟背竹 Monstera deliciosa 天南星科 喜温暖湿润 观叶盆栽
虎尾兰 Sansevieria trifasciata 龙舌兰科 喜光、耐阴 观叶盆栽
绿萝(黄金葛) Epipremnum aureum 天南星科 喜温暖、潮湿 观叶盆栽
白鹤芋 Spathiphyllum kochii 天南星科 喜高温多湿半阴 观花、观叶盆栽
袖珍椰子 Chamaedorea elegans 棕榈科 喜温暖湿润半阴 观叶盆栽
蚊净香草 Saivia sp郾 天竺葵科 喜阴 观叶盆栽
常青藤 Hedera nepalensis 五加科 喜欢冷凉,耐寒 观叶、垂吊植物
百合竹 Dracaena reflexa 百合科 耐寒、耐湿 观叶盆栽
孔雀竹芋 Calathea makoyana 竹芋科 喜半阴 观叶盆栽
香石竹 Dianthus caryophyllus 石竹科 喜温暖 观花盆栽
口红花 Aeschynanthus radicans 苦苣苔科 喜温暖潮湿 观花、垂吊植物
柠檬 Citrus limon 芸香科 不耐寒 观花盆栽
吊竹梅 Zebrina pendula 鸭跖草科 喜温暖 观叶、垂吊植物
鹅掌柴 Schefflera octophylla 五加科 喜半阴 观叶盆栽
合果芋 Syngonium podophyllum 天南星科 喜高温多湿耐阴 观叶盆栽
垂叶榕 Ficus benjamina 桑科 喜高温多湿 观叶植物
广东万年青 Aglaonema modestum 天南星科 喜温暖湿润 观叶盆栽
四季秋海棠 Begonia cucullata 秋海棠科 喜阳、温暖 观花盆栽
摇 摇 室内植物净化甲醛的速率及效果通常是白天高
于夜晚[54,63-64] .气孔吸收是植物吸收甲醛的重要途
径.在有光照的情况下,植物的气孔导度增加,对甲
醛吸收量增大;而在无光照情况下,植物气孔关闭,
对甲醛的吸收量下降. 夜晚甲醛主要通过植物根部
区域及土壤微生物活动而去除[63],且植物根部吸收
甲醛的速率比植物地上部分快得多[65] .
由于不同植物种类对甲醛的去除能力及效果不
同,因此在选取去除污染能力强的植物的同时,可以
根据不同种类植物对污染程度的不同响应,选取对
污染(如甲醛等)较敏感的植物作为室内监测植物,
通过植物生长状况随时了解室内空气的污染水平.
郝辉芳和冀瑞萍[66]以观赏植物皱叶薄荷(Mentha
crispa)、吊兰、蟹爪兰(Zygocatus truncactus)进行甲
醛污染的响应试验,结果表明,3 种植物中,皱叶薄
荷最适合作为室内甲醛污染的监测植物.
植物除了叶片及地上部分可以净化有机污染物
外,植物根部及土壤微生物也可以去除一部分污染
物[65,67-70] . Xu等[64]采用盆栽植物鄄土壤体系进行去
除甲醛试验,发现盆栽土壤中微生物去除的甲醛量
占整个去除体系的一半.因此,在研究植物净化羰基
化合物的同时,应当改进并优化研究体系(如植物鄄
土壤去除体系)、扩大羰基化合物检测种类(如二羰
基化合物及半挥发性高分子量羰基化合物的检
测),从而更全面地评价植物净化污染的能力.
3摇 植物对羰基化合物的排放与吸收之间的关系
植物在向大气中排放羰基化合物的同时,也具
备吸收净化羰基化合物的能力,说明二者存在双向
交换平衡[71-72] .植物与大气之间羰基化合物的交换
是处于某种动态平衡之中,当二者之间的气体交换
速率达到平衡点时,双方的交换值表现为零,该点被
视为补偿点[12] . 当周围环境浓度低于补偿点时,二
者之间的交换就表现为植物的净排放;当周围浓度
高于补偿点时,交换表现为醛类沉降到植物(叶片)
表面[72] . Rottenberger等[72]根据沉降速率达到平衡
时推出补偿点限值.然而,有关过补偿点测量数值的
文献报道很少.这可能是因为补偿点涉及到植物与
大气之间的气体交换的复杂过程,特别是在植物羰
基化合物排放与吸收机理尚未完全清楚的情况下,
其数值很难精确测量.
植物与大气之间的气体双向交换主要发生在气
孔和表皮角质层上[46] .目前研究二者之间羰基化合
物双向交换的部位主要是植物的叶片[12] .植物可通
过叶面向大气中排放羰基化合物,同时大气中的羰
基化合物也能沉降到叶片表面,并通过叶片气孔及
角质层吸收进入叶片内部或运输至其他部位进行同
化代谢.
影响植物与大气之间的气体交换的因素有:植
物生理活动、CO2的交换、植物蒸腾作用、气孔导度、
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周围环境浓度. Tani 和 Hewitt[15]发现,植物叶片并
不是连续不断地吸收丙酮,一旦叶片内丙酮的浓度
降低,叶片会临时性地吸收周围大气中的丙酮,当叶
片内丙酮含量达到饱和后,则没有观察到交换现象.
而植物会产生丙酮[73],因此可以推测此时的饱和点
可能与补偿点有关联. Kesselmeier[71]研究发现,冬
青栎、绒毛栎(Quercus pubescens)、意大利伞松等植
物对甲醛、乙醛的排放与吸收现象都很明显,认为植
物与大气间的双向交换主要受这些醛类在空气中的
浓度以及补偿点的影响,同时,气候、水分、空气污染
等也会对交换产生影响,以致于在周围环境浓度很
低的情况下,这些醛类的沉降现象也可以发生. Rot鄄
tenberger等[72]对亚马逊雨林的研究发现,在干、湿
季节交替过程中,植物与大气之间的低分子醛类的
交换更明显. Karl 等[29]报道,在哥斯达黎加热带雨
林中,植物白天会排放丙酮、乙醛、甲基丙烯醛
(MAC)、甲基乙烯酮(MVK)等,而到了夜晚,这些物
质又会沉降在植物表面上. 正是由于植物与大气之
间羰基化合物的双向平衡交换,才使植物不仅是大
气中羰基化合物的一个重要的源,同时也是一个重
要的汇.
4摇 植物排放羰基化合物的分析方法
目前,植物排放羰基化合物的分析方法主要采
用美国 EPA的大气羰基化合物的分析方法,即 2,4鄄
二硝基苯肼 /高效液相色谱 /紫外 ( DNPH / HPLC /
UV)法.该方法以 2,4鄄二硝基苯肼(DNPH)作为衍
生剂,迅速捕捉大气中的醛酮类化合物,衍生后经过
洗脱,再用高效液相色谱进行分离分析定量[6] . 虽
然此法使用广泛、技术成熟,也方便同时测定多种羰
基化合物,但其自身仍有缺陷.如该方法对于一些同
分异构体难于做到基线分离,存在共溢出现象(如
丙醛与丙烯醛等),干扰目标化合物的检测定量;且
DNPH衍生剂易与大气中的臭氧、氮氧化物等反应,
干扰定量结果.此外,该方法采用紫外检测器,分析
样品必须借助标准品,不利于样品中未知羰基化合
物组分的分析[74] .
相对于液相色谱,气相色谱(GC)检测植物排放
的羰基化合物更具优势. 首先,气相色谱柱效率高,
对相近组分的分离度更好.如果结合 ECD 或 MS 检
测器,检测限更低,灵敏度更高. 一些在液相色谱中
很难分离的组分(如丙醛和丙烯醛),用气相色谱很
容易就能分离开.其次,气相色谱进样后所需的平衡
时间比液相色谱(梯度法)所需时间短,从而节约了
样品分析的间隔时间.再次,使用液相色谱进样后会
产生大量废液,而用气相色谱则没有废液产生.李剑
等[74]建立了能同时分析 20 种羰基化合物的五氟苯
肼 /气相色谱 /质谱(PFPH / GC / MS)分析方法,并且
将该方法成功地用于植物排放羰基化合物的检测之
中.与 DNPH / HPLC / UV方法相比,PFPH / GC / MS 更
适合于植物排放羰基化合物的检测,尤其是对植物
排放的高分子量(>C5)羰基化合物的分析[74] .
植物叶片是羰基化合物的排放和沉降的重要部
位,也是目前研究较多的部位. 因此,在研究植物与
大气之间的羰基化合物交换关系时,需对植物叶片
中的羰基化合物进行检测.目前,对叶片中羰基化合
物的检测还没有统一的标准方法. Huang 等[75]报
道,将叶片放置在纯水中磨碎,然后加入过量的
DNPH衍生,最后对衍生物进行 HPLC / UV 检测分
析,并采用该方法,从樟树 (Cinnamomum campho鄄
ra)、桂花 (Osmanthus fragrans)、雪松 ( Cedrus deo鄄
dara)和水杉(Metasequoia glyptostroboides)的新鲜叶
片中提取测定了 7 种低分子量醛酮类化合物. 该方
法也存在明显的缺点:首先,研磨叶片时需要迅速,
否则叶片中的羰基化合物容易挥发掉.其次,对叶片
中极性较弱的高分子量( >C5)羰基化合物,由于其
在纯水中溶解性较差,导致该方法对高分子量
(>C5)羰基化合物的检测限很高,而无法检测.
5摇 展摇 摇 望
植物不仅是大气中羰基化合物的一个重要来
源,同时也是一个重要的库.研究植物排放羰基化合
物以及利用植物修复技术来治理大气污染也是近年
来发展迅速的前沿性新课题,涉及到生物化学、植物
生理学、环境生态学、环境科学、环境地球化学、分析
化学、毒理学等多学科的交叉综合. 近年来,城市居
住区的绿化条件不断得到改善,绿化面积及植物种
植种类不断扩大. 因此,研究植物特别是绿化、景观
植物排放或净化羰基化合物,对城市的绿化规划、绿
化区植物选种搭配、室内植物的选择等都具有很大
的现实意义及实用价值. 此外,改进、优化植物羰基
化合物的检测方法和研究体系(如植物鄄土壤去除体
系)、扩大羰基化合物检测种类(如二羰基化合物及
半挥发性高分子量羰基化合物的检测)、筛选净化
污染能力强的植物物种并推广植物修复大气污染技
术等是迫切需要解决的问题.
参考文献
[1]摇 Singh HB, Crutzen PJ, Jacob DJ, et al. High鄄concen鄄
7652 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 李摇 剑等: 植物对羰基化合物的排放与吸收研究进展摇 摇 摇 摇 摇
trations and photochemical fate of oxygenat鄄ed hydrocar鄄
bons in the global troposphere. Nature, 1995, 378:
50-54
[2] 摇 Lary DJ, Shallcross DE. Central role of carbonyl com鄄
pounds in atmospheric chemistry. Journal of Geophysical
Research, 2000, 105: 19771-19778
[3]摇 Ervens B, Kreidenweis SM. SOA formation by biogenic
and carbonyl compounds: Data evaluation and applica鄄
tion. Environmental Science and Technology, 2007, 41:
3904-3910
[4]摇 Zhang JF, He QC, Loy PJ. Characteristics of Alde鄄
hydes: Concentrations, sources, and exposures for
indoor and outdoor residential microenvironments. Envi鄄
ronmental Science and Technology, 1994, 28: 146-152
[5]摇 US Environmental Protection Agency (US EPA). Expo鄄
sure Factors Handbook. Washington DC: Office of
Health and Environmental Assessment, EPA, 1990
[6]摇 US Environmental Protection Agency (US EPA). Meth鄄
od TO鄄11A: Determination of Formaldehyde in Ambient
Air Using Adsorbent Cartridge Followed by High Per鄄
formance Liquid Chromatography (HPLC) [Active Sam鄄
pling Methodology]. Cincinnati: Office of Research and
Development, 1999
[7]摇 Lin YW, Hee SS. Regulated workplace ketones and
their interference in the PFBHA method for aldehydes.
Applied Occupational and Environmental Hygiene, 2000,
15: 855-862
[8]摇 Hoa KF, Louie PKK, Zou SC, et al. Seasonal variation
of carbonyls compound concentrations in urban area of
Hong Kong. Atmospheric Environment, 2002, 36:
1259-1265
[9]摇 Santarsiero A, Fuselli S. Indoor and outdoor air carbon鄄
yl compounds correlation elucidated by principal compo鄄
nent analysis. Environmental Research, 2008, 106:
139-147
[10]摇 Okada Y, Nakagoshi A, Tsurukawa M, et al. Environ鄄
mental risk assessment and concentration trend of atmos鄄
pheric volatile organic compounds in Hyogo Prefecture,
Japan. Environmental Science and Pollution Research,
2012, 19: 201-213
[11]摇 Hu ZH, Leng PS, Shen YB, et al. Emissions of saturat鄄
ed C6-C10 aldehydes from poplar (Populus simonii 伊P.
pyramidalis ‘Opera 8277爷) cuttings at different levels
of light intensity. Journal of Forestry Research, 2011,
22: 233-238
[12]摇 Huang J (黄摇 娟), Feng Y鄄L (冯艳丽), Fu J鄄M (傅
家谟), et al. The researches of carbonyl compounds in
the atmosphere and its exchange between plants and the
atmosphere. Ecology and Environment (生态环境),
2008, 17(1): 428-433 (in Chinese)
[13] 摇 Guenther A, Hewitt CN, Erickson D, et al. A global
model of natural volatile organic compound emissions.
Journal of Geophsical Research, 1995, 100: 8873-8892
[14]摇 Omasa K, Tobe K, Hosomi M, et al. Absorption of
ozone and seven organic pollutants by Populus nigra and
Camellia sasanqua. Environmental Science and Technol鄄
ogy, 2000, 34: 2498-2500
[15]摇 Tani A, Hewitt CN. Uptake of aldehydes and ketones at
typical indoor concentrations by houseplants. Environ鄄
mental Science and Technology, 2009, 43: 8338-8343
[16]摇 Arey J, Winer AM, Atkinson R, et al. The emission of
(Z)鄄3鄄hexen鄄1鄄ol, (Z)鄄3鄄hexenylacetate and other oxy鄄
genated hydrocarbons from agricultural plant species.
Atmospheric Environment, 1991, 25: 1063-1075
[17]摇 Heiden AC, Kobel K, Langebartels C, et al. Emissions
of oxygenated volatile organic compounds from plants.
Part I: Emissions from lipoxygenase activity. Journal of
Atmospheric Chemistry, 2003, 45: 143-172
[18]摇 Fan S鄄L (范苏鲁), Yuan Z鄄H (苑兆和), Feng L鄄J
(冯立娟), et al. Effects of drought stress on physiolog鄄
ical and biochemical parameters of Dahlia pinnata.
Chinese Journal of Applied Ecology (应用生态学报),
2011, 22(3): 651-657 (in Chinese)
[19]摇 Irwin R, Dorsett B. Volatile production by buds and co鄄
rollas of two sympatric, confamilial plants, Ipomopsis
aggregata and Polemonium foliosissimum. Journal of
Chemical Ecology, 2002, 28: 565-578
[20]摇 Fruekilde P, Hjorth J, Jensen NR, et al. Ozonolysis at
vegetation surfaces: A source of acetone, 4鄄oxopen鄄
tanal, 6鄄methyl鄄5鄄hepten鄄 2鄄one, and geranyl acetone in
the troposphere. Atmospheric Environment, 1998, 32:
1893-1902
[21]摇 Tian X鄄M (田雪梅), Wei M (魏摇 珉), Liu Q (刘摇
青), et al. Physiological responses of cucumber seed鄄
lings grafted on different salt鄄tolerant rootstocks to NaCl
stress. Chinese Journal of Applied Ecology (应用生态学
报), 2012, 23(1): 147-153 (in Chinese)
[22]摇 Hao J鄄H (郝敬虹), Yi Y (易摇 旸), Shang Q鄄M (尚
庆茂), et al. Effects of exogenous salicylic acid on
membrane lipid peroxidation and photosynthetic charac鄄
teristics of Cucumis sativus seedlings under drought
stress. Chinese Journal of Applied Ecology (应用生态学
报), 2012, 23(3): 717-723 (in Chinese)
[23]摇 Jacob DJ, Field BD, Jin EM, et al. Atmospheric budg鄄
et of acetone. Journal of Geophysical Research, 2002,
107: 4100
[24]摇 Singh HB, O爷hara D, Herlth D. Acetone in the atmos鄄
phere: Distribution, sources, and sinks. Journal of
Geophysical Research, 1994, 99: 1805-1819
[25]摇 Cojocariu C, Escher P, Haberle KH, et al. The effect
of ozone on the emission of carbonyls from leaves of adult
Fagus sylvatica. Plant, Cell and Environment, 2005,
28: 603-611
[26]摇 Janson R, De Serves C. Acetone and monoterpene emis鄄
sions from the boreal forest in northern Europe. Atmos鄄
pheric Environment, 2001, 35: 4629-4637
[27]摇 Kesselmeier J, Bode K, Hofmann U, et al. Emission of
short chained organic acids, aldehydes and monoterpe鄄
nes from Quercus ilex L. and Pinus pinea L. in relation
to physiological activities, carbon budget and emission
algorithms. Atmospheric Environment, 1997, 31: 119-
133
[28]摇 Warneke C, Luxembourg SL, de Gouw JA, et al. Dis鄄
junct eddy covariance measurements of oxygenated vola鄄
865 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 24 卷
tile organic compounds fluxes from an alfalfa field before
and after cutting. Journal of Geophysical Research,
2002, 107: 4067-4076
[29]摇 Karl T, Potosnak M, Guenther A, et al. Exchange
processes of volatile organic compounds above a tropical
rain forest: Implications for modeling tropospheric chem鄄
istry above dense vegetation. Journal of Geophysical Re鄄
search, 2004, 109: D18306
[30]摇 Holzinger R, Rottenberger S, Crutzen PJ, et al. Emis鄄
sions of volatile organic compounds from Quercus ilex L.
measured by proton transfer reaction mass spectrometry
under different environmental conditions. Journal of Ge鄄
ophysical Research, 2000, 105: 20573-20579
[31]摇 M俟ller K, Pelzing M, Gnauk T, et al. Monoterpene
emissions and carbonyl compound air concentrations
during the blooming period of rape (Brassica napus).
Chemosphere, 2002, 49: 1247-1256
[32]摇 Villanueva鄄Fierro I, Popp CJ, Martin RS. Biogenic
emissions and ambient concentrations of hydrocarbons,
carbonyl compounds and organic acids from ponderosa
pine and cottonwood trees at rural and forested sites in
Central New Mexico. Atmospheric Environment, 2004,
38: 249-260
[33]摇 Wildt J, Kobel K, Schuh G, et al. Emissions of oxy鄄
genated volatile organic compounds from plants Part II:
Emissions of saturated aldehydes. Journal of Atmospheric
Chemistry, 2003, 45: 173-196
[34]摇 Hu ZH, Shen YB, Su XH. Saturated aldehydes C6-C10
emitted from ashleaf maple (Acer negundo L. ) leaves at
different levels of light intensity, O2, and CO2 . Journal
of Plant Biology, 2009, 52: 289-297
[35]摇 Hell佴n H, Hakola H, Reissell A, et al. Carbonyl com鄄
pounds in boreal coniferous air in Hyytiala, Southern
Finland. Atmospheric Chemistry and Physics, 2004, 4:
1771-1780
[36] 摇 Yu YX, Wen S, L俟 HX, et al. Characteristics of at鄄
mospheric carbonyls and VOCs in forest park in South
China. Environmental Monitoring and Assessment,
2008, 137: 275-285
[37] 摇 Christensen CS, Nielsen T, Lohse C, et al. Temporal
variation of carbonyl compound concentrations at a semi鄄
rural site in Denmark. Atmospheric Environment, 2000,
34: 287-296
[38]摇 Montzka SA, Trainer M, Goldan D, et al. Isoprene and
its oxidation products, methyl vinyl ketone and methac鄄
rolein, in the rural troposphere. Journal of Geophysical
Research, 1993, 98: 1101-1111
[39]摇 Lerdau M, Guenther A, Monson R. Plant production
and emission of volatile organic compounds. BioScience,
1997, 47: 373-383
[40]摇 Zhang Y鄄J (张玉洁), Pang X鄄B (庞小兵), Mu Y鄄J
(牟玉静). Contribution of isoprene emitted from vege鄄
table to atmospheric formaldehyde in the ambient air of
Beijing City. Environment Science (环境科学), 2009,
30(4): 976-981 (in Chinese)
[41]摇 Pang XB, Lee XQ. Temporal variations of atmospheric
carbonyls in urban ambient air and street canyons of a
mountainous city in Southwest China. Atmospheric Envi鄄
ronment, 2010, 44: 2098-2106
[42]摇 Kreuzwieser J, Harren FJM, Laarhoven LJ, et al. Acet鄄
aldehyde emission by the leaves of trees: Correlation
with physiological and environmental parameters . Phys鄄
iologia Plantarum, 2001, 113: 41-49
[43]摇 Graus M, Schnitzler JP, Hansel A, et al. Transient
release of oxygenated volatile organic compounds during
light鄄dark transitions in grey poplar leaves. Plant Physi鄄
ology, 2004, 135: 1967-1975
[44]摇 M俟ller K, Haferkorn S, Grabmer W, et al. Biogenic
carbonyl compounds within and above a coniferous forest
in Germany. Atmospheric Environment, 2006, 40: 81-
91
[45]摇 Kessler A, Baldwin IT. Defensive function of herbivore鄄
induced plant volatile emissions in nature. Science,
2001, 291: 2141-2144
[46] 摇 Seco R, Penuelas J, Filella L. Short鄄chain oxygenated
VOCs: Emission and uptake by plants and atmospheric
sources, sinks, and concentrations. Atmospheric Envi鄄
ronment, 2007, 41: 2477-2499
[47]摇 Pe觡uelas J, Llusi伽 J. Plant VOC emissions: Making use
of the unavoidable. Trends in Ecology and Evolution,
2004, 19: 402-404
[48]摇 Hu ZH, Shen YB, Luo YQ, et al. Aldehyde volatiles
emitted in succession from mechanically damaged leaves
of poplar cuttings. Journal of Plant Biology, 2008, 51:
269-275
[49]摇 Heiden AC, Kobel K, Langebartels C, et al. Emissions
of oxygenated volatile organic compounds from plants.
Part I: Emissions from lipoxygenase activity. Journal of
Atmospheric Chemistry, 2003, 45: 143-172
[50]摇 Kreuzwieser J, Kuhnemann F, Martis A, et al. Diurnal
pattern of acetaldehyde emission by flooded poplar trees.
Physiologia Plantarum, 2000, 108: 79-86
[51]摇 Chen S鄄L (陈绍莉), Zhou B鄄L (周宝利), Wang R鄄H
(王茹华), et al. Regulation effects of grafting on cin鄄
namic acid and vanillin in eggplant root exudates. Chi鄄
nese Journal of Applied Ecology (应用生态学报),
2008, 19(11): 2394-2399 (in Chinese)
[52]摇 Li J (李 摇 剑). Determination of Airborne Carbonyl
Compounds Using Pentafluorophenyl Hydrazine as a De鄄
rivating Agent with Gas Chromatography / Mass Spectrom鄄
etry. PhD Thesis. Shanghai: Shanghai University, 2009
(in Chinese)
[53]摇 Giese M, Bauer鄄Doranth U, Langebartels C, et al. De鄄
toxification of formaldehyde by the spider plant (Chloro鄄
phytum comosum L. ) and the soybean ( Glycine max
L. ) cell鄄suspension cultures. Plant Physiology, 1994,
104: 1301-1309
[54]摇 Schmitz H, Bilgers U, Weidner M. Assimilation and
metabolism of formaldehyde by leaves appear unlikely to
be of value for indoor air purification. New Phytologist,
2000, 147: 307-315
[55]摇 Weng ML, Zhu LZ, Yang K, et al. Levels, sources,
and health risks of carbonyls in residential indoor air in
Hangzhou, China. Environmental Monitoring and Assess鄄
9652 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 李摇 剑等: 植物对羰基化合物的排放与吸收研究进展摇 摇 摇 摇 摇
ment, 2010, 163: 573-581
[56]摇 Wolverton BC, Mcdonald RC, Watkins EA. Foliage
plants for removing indoor air pollution from energy鄄effi鄄
cient homes. Economic Botany, 1984, 38: 224-228
[57]摇 Wolverton BC, Johnson A, Bounds K. Interior land鄄
scape plants for indoor air pollution abatement. NASA /
ALCA Final Report, 1989: 11-18
[58]摇 Kondo T, Hasegawa K, Uchida R, et al. Absorption of
atmospheric C2-C5 aldehydes by various trees pecies and
their tolerance to C2-C5 aldehydes. Science of the Total
Environment, 1998, 224: 121-132
[59]摇 Guo X鄄Z (郭秀珠), Huang P鄄H (黄品湖), Wang Y鄄
Y (王月英), et al. Effects of plants on the absorption
of indoor pollutants. Chinese Journal of Environmental
Engineering (环境工程学报), 2007 (1): 104 - 106
(in Chinese)
[60]摇 Xiong Y (熊摇 缨), Su Z鄄G(苏志刚). A research on
the ability of absorbing formaldehyde among five species
of indoor ornamentals. Environmental Science and Man鄄
agement (环境科学与管理), 2009, 34(1): 45 -47
(in Chinese)
[61]摇 An X (安 摇 雪), Li X (李 摇 霞), Pan H鄄T (潘会
堂), et al. The capacity of 16 ornamental plants on pu鄄
rifying indoor formaldehyde pollution and their physio鄄
logical response to formaldehyde stress. Ecology and En鄄
vironmental Sciences (生态环境学报), 2010, 19(2):
379-384 (in Chinese)
[62]摇 Zhou X鄄J (周晓晶), Liang S鄄Y (梁双燕), Jin Y鄄J
(金幼菊), et al. The comparison of ability of adsorbing
formaldehyde among 13 species of indoor ornamentals.
Chinese Agricultural Science Bulletin (中国农学通报),
2006, 22(12): 229-231 (in Chinese)
[63]摇 Kim KJ, Kil MJ, Song JS, et al. Effciency of volatile
formaldehyde removal by indoor plants: Contribution of
aerial plant parts versus the root zone. Journal of the
American Society for Horticultural Science, 2008, 133:
521-526
[64]摇 Xu ZJ, Wang L, Hou HP. Formaldehyde removal by
potted plant鄄soil systems. Journal of Hazardous Materi鄄
als, 2011, 192: 314-318
[65]摇 Aydogan A, Montoya LD. Formaldehyde removal by
common indoor plant species and various growing media.
Atmospheric Environment, 2011, 45: 2675-2682
[66] 摇 Hao H鄄F (郝辉芳),Ji R鄄P (冀瑞萍). Response of
three indoor ornamentals to formaldehyde pollution.
Journal of Shanxi Agricultural Sciences (山西农业科
学), 2010, 38(8): 30-32 (in Chinese)
[67]摇 Wolverton BC, Wolverton JD. Plants and soil microor鄄
ganisms: Removal of formaldehyde, xylene, and ammo鄄
nia from the indoor environment. Journal of the Mississip鄄
pi Academy of Sciences, 1993, 38: 11-15
[68]摇 Sun TR, Cang L, Wang QY, et al. Roles of abiotic
losses, microbes, plant roots, and root exudates on phy鄄
toremediation of PAHs in a barren soil. Journal of Haz鄄
ardous Materials, 2010, 176: 919-925
[69]摇 Talano MA, Frontera S, Gonz佗lez P, et al. Removal of
2, 4鄄diclorophenol from aqueous solutions using tobacco
hairy root cultures. Journal of Hazardous Materials,
2010, 176: 784-791
[70]摇 Saiyood S, Vangnai AS, Thiravetyan P, et al. Bisphe鄄
nol a removal by the dracaena plant and the role of
plant鄄associating bacteria. Journal of Hazardous Materi鄄
als, 2010, 178: 777-785
[71]摇 Kesselmeier J. Exchange of short鄄chain oxygenated vola鄄
tile organic compounds (VOCs) between plants and the
atmosphere: A compilation of field and laboratory stud鄄
ies. Journal of Atmospheric Chemistry, 2001, 39: 219-
233
[72] 摇 Rottenberger S, Kuhn U, Wolf A, et al. Exchange of
short鄄chain aldehydes between amazonian vegetation and
the atmosphere. Ecological Applications, 2004, 14:
S247-S262
[73] 摇 Fall R. Abundant oxygenates in the atmosphere: Abio鄄
chemical perspective. Chemical Reviews, 2003, 103:
4941-4952
[74]摇 Li J (李摇 剑), Feng Y鄄L (冯艳丽), Xie C鄄J (谢春
娟), et al. Determination of carbonyls in the atmos鄄
phere using gas chromatography / mass spectrometry.
Acta Scientiae Circumstantiae(环境科学学报), 2009,
29(4): 890-896(in Chinese)
[75]摇 Huang J, Feng YL, Fu JM, et al. A method of detec鄄
ting carbonyl compounds in tree leaves in China. Envi鄄
ronmental Science and Pollution Research International,
2010, 17: 1129-1136
作者简介 摇 李 摇 剑,男,1980 年生,博士,副教授. 主要从事
大气挥发性有机污染物分析监测研究,发表论文 16 篇.
E鄄mail: lijian@ nchu. edu. cn
责任编辑摇 李凤琴
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