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苯及甲醛胁迫对金边虎尾兰抗氧化系统的影响



全 文 :北方园艺2013(20):67~71 植物·园林花卉·
第一作者简介:孟国忠(1977-),男,博士,讲师,现主要从事室内绿
化等研究工作。E-mail:m19772001@163.com.
责任作者:季孔庶(1965-),男,博士,教授,研究方向为林木遗传改
良与园林植物遗传育种。E-mail:ksji@njfu.edu.cn.
基金项目:江苏高校优势学科建设工程资助项目。
收稿日期:2013-05-16
苯及甲醛胁迫对金边虎尾兰抗氧化系统的影响
孟 国 忠,季 孔 庶
(南京林业大学 材料科学与工程学院,江苏 南京210037)
  摘 要:以金边虎尾兰为试材,采用熏气箱试验方法,研究了苯及甲醛复合胁迫对金边虎尾
兰超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化物酶(POD)活性、过氧化氢酶(CAT)活性以及叶绿素(Chl)
含量、超氧自由基(O·2 )含量、丙二醛(MDA)含量和脯氨酸(Pro)含量的影响。结果表明:随着苯
及甲醛复合胁迫浓度的增加,金边虎尾兰光合作用受到限制,Chl含量下降;O·2 含量、MDA含量
以及Pro含量不断积累增加;SOD活性和POD活性增加而CAT活性下降。总体来看,苯及甲醛
复合胁迫下的SOD活性、POD活性和CAT活性变化是一种较为复杂的交互作用。
关键词:金边虎尾兰;苯及甲醛胁迫;抗氧化系统
中图分类号:S 682.31 文献标识码:A 文章编号:1001-0009(2013)20-0067-05
  随着我国经济的快速发展,人们对室内环境质量越
来越重视。在居住环境不断改善的同时,室内环境也由
于各种装饰材料的应用而不可避免地受到污染。而在
室内空气污染源中,甲醛和苯是最为常见且危害比较大
的污染物,严重影响人们的身体健康[1-8]。甲醛对人的
眼睛、皮肤、粘膜产生刺激,容易引起眼痛、流泪、皮炎等
症状。吸入高浓度甲醛(>60~120mg/m3)可导致肺
炎、支气管痉挛,严重时可致人死亡[9]。孕妇如果长时
间吸入甲醛可能会导致胎儿畸形、免疫力降低等[10-11]。
苯对人体的危害主要体现在可致贫血、感染、皮下出血
等症状。人如果长期暴露在苯污染环境中,会导致头
痛、头昏、乏力、脸色苍白、视力减弱,甚至会发生肝、肾、
脑细胞的坏死等病变[12-13]。
国内外研究表明,在各种针对室内空气污染的防治
技术和措施中,生物法中的植物净化技术以其经济、安
全和有效的特点越来越多地被应用到家庭居室、办公场
所、酒店、商场等各种室内空间。国际上首次出现的利
用植物净化室内有害气体污染物的报道可以追溯到
1984年美国国家航天局(NASA)科学家 Wolverton等[14]
的密封舱试验,他们于20世纪80年代初系统地测试了
几十种室内植物对不同化学物质的吸收能力,并列出了
对苯、甲醛、二氧化碳吸收净化效果最好的10种植物。
此后,其他科研人员采用静态熏气的方法来探讨植物对
室内空气中苯和甲醛污染的净化能力[15-18]。
以往人们把植物净化空气污染的研究重点放在了
室外[19],有关室内植物对复合污染的影响方面的研究还
比较少。该研究以日常生活中常见的观叶植物金边虎
尾兰为试材,分析了不同污染浓度梯度下苯及甲醛复合
胁迫对其抗氧化系统等的影响,以期揭示金边虎尾兰对
苯、甲醛胁迫的响应机理。
1 材料与方法
1.1 试验材料
以购自南京市仙林花卉市场金边虎尾兰(Sanse-
vieria trifasciatavar‘Laurenti’)为试材,要求同批次
生长健壮,株形相似,无黄叶。
1.2 试验方法
试验在自行设计的密闭透明熏蒸箱中进行,箱体尺
寸为60cm×60cm×50cm(材质为有机玻璃,玻璃厚度
为0.8cm,箱体体积为0.18m3)。在熏气箱内放置1个
小型风扇,促进污染物的挥发和扩散,使污染物的浓度
保持均匀。箱内放置1个干湿温度计,随时监测温湿
度。3只熏气箱为1组,A箱作对照,B、C箱同时放入植
物,根据熏气浓度需要每只熏气箱放入等量的苯或甲醛
液体,3只箱子同时放于室内,温度控制在25℃。
分别设置4个污染物浓度水平,其中苯浓度为标准
浓度(国家规定的苯污染浓度上限值为0.11mg/m3)的
1、5、10、30倍,即0.11、0.55、1.1、3.3mg/m3(实际浓度
误差控制在3%以内);甲醛浓度为标准浓度(国家规定
的甲醛污染浓度上限值为0.1mg/m3)1、10、30、50倍,即
0.1、1、3、5mg/m3(实际浓度误差控制在3%以内);箱内
温度控制在25℃,光暗比为12h∶12h,胁迫48h后,剪
取受苯、甲醛污染的植物部分叶片保存于冰箱中,每个
76
·园林花卉·植物 北方园艺2013(20):67~71
   表1    苯及甲醛复合胁迫4种处理方法
  Table 1  Four stress treatments of combined benzene and
    formaldehyde  mg/m3
处理
Treatments
污染物
Polutants
CK  L1 L2 L3 L4
T1
苯Benzene  0  0.11  0.55  1.1  3.3
甲醛Formaldehyde  0  0.1  0.1  0.1  0.1
T2
苯Benzene  0  0.11  0.55  1.1  3.3
甲醛Formaldehyde  0  1  1  1  1
T3
苯Benzene  0  0.11  0.55  1.1  3.3
甲醛Formaldehyde  0  3  3  3  3
T4
苯Benzene  0  0.11  0.55  1.1  3.3
甲醛Formaldehyde  0  5  5  5  5
  注:T1、T2、T3和T4分别为不同浓度苯及甲醛复合胁迫的4个处理;CK为对
照,苯和甲醛的4个浓度水平分别以L1、L2、L3和L4表示。
处理3次重复。
1.3 项目测定
叶绿素(Chl)含量测定参照李合生[20]的方法;丙二
醛(MDA)含量测定采用硫代巴比妥酸(TBA)显色
法[21];超氧自由基(O·2 )含量测定采用羟胺氧化法;脯氨
酸(Pro)含量测定采用磺基水杨酸法;超氧化物歧化酶
(SOD)活性测定采用氮蓝四唑(NBT)法;过氧化物酶
(POD)活性测定采用愈创木酚法;过氧化氢酶(CAT)活
性测定参照史树德等[22]的方法。
1.4 数据分析
试验所得数据用Excel 2003、SPSS 13.0等统计软件
进行分析,用方差分析检验试验数据间的差异显著性
    
(P<0.01)。
2 结果与分析
2.1 苯及甲醛胁迫对金边虎尾兰叶绿素含量和丙二醛
含量的影响
植物在受到苯、甲醛等空气污染物的胁迫时,光合
速率下降,影响最直接的就是叶绿素含量的变化。从图
1-a可以看出,T1~T4处理下,金边虎尾兰的Chl含量呈
现随着苯、甲醛胁迫浓度增加而降低的变化趋势,均在
L4浓度时达到最小值,其中T4处理的下降幅度最高,降
幅达49.04%,T1处理的降幅最小,为18.46%。
植物在逆境下遭受伤害与活性氧积累诱发的膜脂
过氧化作用密切相关,而 MDA是植物细胞膜脂过氧化
最重要的产物之一,其含量的变化能够反映植物在逆境
条件下膜系统受损的程度。从图1-b可以看出,T1~T4
处理下,金边虎尾兰 MDA含量呈现随着苯、甲醛胁迫浓
度增加而增加的变化趋势,最大值均出现在L4 浓度水
平。T1处理的MDA含量在L3 浓度水平时出现下降,
低于对照2.93%;T2 处理的 MDA含量在L3 浓度水平
比L2浓度时下降2.2%,但仍高于对照30.33%;T3、T4
处理在L4 浓度水平时的 MDA含量分别比对照增加
51.26%和63.39%。
对金边虎尾兰在不同苯、甲醛复合处理下的Chl和
MDA含量进行方差分析,结果表明,不同胁迫方式间均
达到极显著差异水平(P<0.01)。
图1 苯及甲醛复合胁迫对金边虎尾兰叶绿素和丙二醛含量的影响
Fig.1 Efects of combined benzene and formaldehyde stress on chlorophyl content and MDA content of Sansevieria trifasciatavar‘Laurenti’
2.2 苯及甲醛胁迫对植物超氧自由基(O·2 )含量和脯氨
酸(Pro)含量的影响
室内空气污染物对植物细胞膜的毒害主要是在污
染物胁迫下植物产生了大量的活性氧自由基,包括超氧
阴离子自由基(O·2 ),这些自由基可使脂质、氨基酸、蛋白
质、碳水化合物等发生改变,从而对细胞造成伤害。由
图2-a可知,苯、甲醛胁迫条件下,金边虎尾兰O·2 含量
呈现随胁迫浓度的增加而增加的变化趋势。从T1~
T4 处理,当胁迫浓度在L1 和L2 时,金边虎尾兰的
O·2 含量增幅并不明显;当胁迫浓度为L3 和L4 时,
O·2 含量明显加快,均在L4浓度水平达到最高值。
Pro的作用表现为细胞内的渗透调节剂和细胞内酶
的保护剂,Pro含量的增加可以在一定程度上提高植物
的抗逆性[23]。由图2-b可知,苯、甲醛复合胁迫下,除
T2、T3处理L2浓度水平和T4 处理L4 浓度水平时金边
虎尾兰Pro含量环比略有下降外,整体呈现随胁迫水平
的增加Pro含量逐渐增大的变化趋势。除T4 处理外,
Pro含量最大值均出现在L4 浓度水平。产生该结果的
原因可能是植物体内自由基在某一阶段突发性过量累
积,抑制了Pro的产生。而在此浓度范围内,经过植物
自身的修复后Pro含量随胁迫浓度的提高继续增加。
T4处理下,当苯胁迫浓度从L1 到L3 时,Pro含量快速
上升,当苯胁迫浓度为L4时,Pro含量环比出现下降,说
明此浓度的复合胁迫对金边虎尾兰的Pro合成产生明
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北方园艺2013(20):67~71 植物·园林花卉·
    
图2 苯及甲醛复合胁迫对金边虎尾兰超氧自由基含量和脯氨酸含量的影响
Fig.2 Efects of combined benzene and formaldehyde stress on content of superoxide radicals and
proline in Sansevieria trifasciatavar‘Laurenti’
显抑制作用。
对金边虎尾兰在不同苯、甲醛复合处理下的O·2 和
Pro含量进行方差分析,不同胁迫方式间均达到极显著
差异水平(P<0.01)。
2.3 苯及甲醛复合胁迫对金边虎尾兰抗氧化酶系统的
影响
植物在受到外界的胁迫时,会导致体内产生一些活
性氧自由基,这些自由基使植物代谢失调,细胞膜系统
受到破坏。植物为免受活性氧的伤害,形成了抗氧化酶
类保护系统,主要包括超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢
酶(CAT)、过氧化物酶(POD)、谷肤甘肽还原酶(GR)
等[24-25]。从抗氧化酶的作用来看,SOD是植物清除O·2
的有效酶,它可将 O·2 转变为氧化作用相对较弱的
H2O2,而CAT和POD则是把H2O2 转化为H2O和O2
的有效酶[26]。只有自由基的产生和清除过程达到平衡
时,活性氧自由基才能保持在较低的水平,植物细胞才
不会受到毒害。
从图3-a可以看出,T1~T4 处理下,金边虎尾兰的
SOD活性呈现随胁迫浓度增加而上升的趋势。与对照
相比,4个处理在L4 浓度水平时的SOD活性分别比对
照增加37.03%、31.31%、30.39%和23.73%。研究结果
表明,苯、甲醛复合胁迫下,较低浓度的苯、甲醛对SOD
活性的抑制作用不太明显。随着甲醛和苯浓度的上升,
苯和甲醛的复合胁迫对金边虎尾兰SOD活性的抑制作
用明显增加,导致SOD活性增速变慢。
从图3-b可以看出,苯、甲醛复合胁迫下,金边虎尾
兰POD活性随胁迫浓度的增加而增加,T1~T4 处理均
在L4浓度水平POD活性达到最大值,分别比对照增加
37.03%、31.31%、30.39%和23.73%。该研究结果表
明,在L4浓度水平,T4 处理的POD活性增幅低于其它
处理,表明较高浓度的苯和甲醛复合胁迫对金边虎尾兰
POD活性具有明显的协同抑制作用。
图3 苯及甲醛复合胁迫对金边虎尾兰超氧化物歧化酶和过氧化物酶活性的影响
Fig.3 Efects of combined benzene and formaldehyde stress on SOD and POD activities in Sansevieria trifasciatavar‘Laurenti’
  T1~T4处理下,对金边虎尾兰的SOD活性和POD
活性进行方差分析,结果表明不同胁迫方式间均达到极
显著差异水平(P<0.01)。
2.4 苯及甲醛复合胁迫对CAT活性的影响
从图4可以看出,苯、甲醛复合胁迫下,各处理的
CAT 活性呈现出随胁迫浓度的增加CAT 活性逐渐下
降的趋势,均在L4浓度水平达到最低值。与对照相比,
在L4浓度水平时CAT活性降幅最大的处理为T4,其它
处理按CAT活性降幅从大到小依次为:T2>T3>T1。
对金边虎尾兰在不同胁迫条件下的CAT活性进行
方差分析表明,不同胁迫方式间均达到极显著差异水平
(P<0.01)。
3 讨论与结论
正常生长条件下,植物体内活性氧自由基(O·2 、
H2O2、·OH)的产生与清除处于一种动态的平衡状态。
苯、甲醛的复合胁迫会导致植物体内的活性氧自由基过
度累积,引发脂质过氧化反应损伤细胞膜,使细胞受到
伤害,而自由基的产生会诱使抗氧化酶和非酶抗氧化剂
96
·园林花卉·植物 北方园艺2013(20):67~71
图4 苯及甲醛复合胁迫对金边虎尾兰过氧化氢酶
活性的影响
Fig.4 Efect of combined benzene and formaldehyde stress on
catalase activity in Sansevieria trifasciatavar‘Laurenti’
(如AsA)产生作用。当自由基的累积处于抗氧化酶的
清除能力范围时,细胞膜不会被破坏,细胞可以维持正
常的结构。随着胁迫浓度的增加,植物体内的活性氧自
由基过度累积,这些多余的自由基又会诱发连锁反应而
产生H2O2、OH-等更多的活性氧和自由基,一旦超过了
抗氧化酶的清除能力时,其活性就会下降,细胞质脂发
生过氧化反应,导致丙二醛(MDA)含量增加,植物细胞
结构被破坏,生理功能出现紊乱,光合作用受阻,情况严
重会导致植物的死亡。
该试验结果表明,随着苯及甲醛复合浓度的增加,
金边虎尾兰的Chl含量和CAT 活性呈下降趋势,而
MDA含量、O·2 含量、Pro含量以及SOD活性、POD活
性呈增加趋势。该试验结果还表明,苯、甲醛复合胁迫
对金边虎尾兰主要生理指标的影响会因胁迫浓度和复
合胁迫方式的不同而产生不同的作用。与对照相比,当
甲醛浓度较低时,甲醛和苯的复合效应主要表现为甲醛
对苯的毒害性没有明显的强化作用;当甲醛浓度较高
时,其复合效应主要表现为甲醛对苯毒害性的协同强化
作用。关于苯、甲醛相互作用的机制目前仍比较模糊,
尚有待进一步研究。
参考文献
[1] 王玲玲,朱叙超,多克辛,等.郑州市装修后室内空气中甲醛污染调
查[J].环境与健康杂志,2004,21(4):236-237.
[2] 周建平,纪晓红,何建平.黄石市室内空气中甲醛污染的调查与研究
[J].湖北师范学院学报,2005,25(3):57-59.
[3] 卢网珍.室内装修后空气中甲醛浓度的变化趋势[J].现代预防医
学,2004,31(2):177-178.
[4] 余江.室内装修中甲醛浓度分析与控制研究[J].四川师范大学学
报,2005,28(4):489-491.
[5] 王诗哲,赵文奎,赵彤.关于室内甲醛和氨污染状况调查[J].北方环
境,2004,27(3):4-5.
[6] 田世爱,于自强,张宏.室内甲醛污染状况调查及防治措施[J].洁净
与空调技术,2005(1):41-43.
[7] 国家环报总局科标司.室内环境与健康[M].北京:中国环境科学出
版社,2002.
[8] 刘伟,翟德华,于洋,等.装修室内空气污染现状分析及控制途径[J].
城市环境与城市生态,2003,16(5):53-55.
[9] 翟淑妙,徐晓俨,张玖乾,等.甲醛的暴露与健康效应[J].环境与健康
杂志,1994,11(5):238-239.
[10]余亚白,陈源,赖呈纯,等.室内空气净化植物的研究与利用现状及
应用前景[J].福建农业学报,2006,21(4):425-429.
[11]Environmental Health Criteria 89[S].Geneva:World Health Organiza-
tion,International Programme on Chemical Safety,1989.
[12]刘建昌.观赏植物在防治室内空气污染中的作用探讨[J].环境,2006
(S2):35-36.
[13]段鹏.室内装修苯污染对机体的遗传损伤效应及机制探讨[D].南
宁:广西医科大学,2010.
[14]Wolverton B C,Mcdonald R C,Watkins E A.Foliage plants for remo-
ving indoor air polutants from energy-eficient homes[J].Economic Botany,
1984,38(2):224-228.
[15]Giese M,Bauer-Doranth U,Langebartels C,et al.Detoxification of
formaldehyde by the spider plant(Chlorophytum comosumL.)and by soyean
(Glycine maxL.)cel-suspension cultures[J].Plant Physiol,1994,104:1301-
1309. 
[16]李庆军.观赏植物吸收居室甲醛能力的比较[D].哈尔滨:东北林业
大学,2006.
[17]白雁斌,刘兴荣.吊兰净化室内甲醛污染的研究[J].海峡预防医学杂
志,2003,9(3):49-50.
[18]郭秀珠,黄品湖,王月英,等.几种观叶植物对室内污染物的净化效
果研究[J].环境工程学报,2007(1):101-106.
[19]陆亚芳.大气污染梯度下树木附生苔藓植物体内生理生化指标的变
化[D].南京:南京林业大学,2005.
[20]李合生.植物生理生化实验原理和技术[M].北京:高等教育出版
社,2001.
[21]Dionisio-Sese M,Tobita S.Antioxidant responses of rice seedlings to
salinity stress[J].Plant Science,1998,135:1-9.
[22]史树德,孙亚卿,魏磊.植物生理学实验指导(1-1)[M].北京:中国林
业出版社,2011.
[23]赵福庚,刘友良.胁迫条件下高等植物体内脯氨酸代谢及调节的研
究进展[J].植物学通报,1999,16(5):540-546.
[24]申亚梅,童再康,蔡建国,等.植物抗旱机制的研究进展[J].安徽农业
科学,2006,20(3):5214-5215,5238.
[25]康敏明,陈红跃.几种鉴定植物抗大气污染能力指标的介绍[J].植物
生理学通讯,2006,42(2):349-353.
[26]孙守琴.环境指示植物苔藓对Pb-Ni复合胁迫的响应机理及其生物
标志物研究[D].上海:上海交通大学,2008.
Effects of Combined Stress of Benzene and Formaldehyde on Antioxidant Enzyme System of
Sansevieria trifasciatavar‘Laurenti’
MENG Guo-zhong,JI Kong-shu
(Colege of Materials Science and Engineering,Nanjing Forestry University,Nanjing,Jiangsu 210037)
07
北方园艺2013(20):71~74 植物·园林花卉·
第一作者简介:郎鹏(1988-),男,湖北十堰人,硕士研究生,研究方
向为园林植物。E-mail:1041322663@qq.com.
责任作者:袁龙义(1971-),男,博士,副教授,现主要从事植物学与
花卉学和森林环境学的教学与科研工作。E-mail:yly35@
hotmail.com.
基金项目:国家自然科学基金资助项目(31170400);湖北省科技厅
自然科学基金资助项目(2010CDB04402);中国科学院水生植物与
流域生态重点实验室开放课题资助项目(2011003)。
收稿日期:2013-05-15
木瓜海棠硬枝扦插繁殖研究
郎   鹏,常 兆 晶,袁 龙 义,薛 兴 华
(长江大学 园艺园林学院,湖北 荆州434025)
  摘 要:以木瓜海棠为试材,研究了木瓜海棠插条取条部位(顶端、中部、基部)、不同生根剂
(NAA、ABT、911)及浓度处理和不同的扦插季节(春季、秋季)对插条成活率的影响。结果表明:
中部枝段扦插成活效果最好,顶部次之,基部最低;用质量浓度为100mg/L的NAA、ABT、911生
根剂处理插条能提高扦插成活率约10%,相比之下,质量浓度为100mg/L的NAA促进生根的
效果最好;秋季是适合荆州地区木瓜海棠扦插的最佳季节,秋插成活效果要好于春插。
关键词:木瓜海棠;生根剂;扦插繁殖;成活率
中图分类号:S 615 文献标识码:A 文章编号:1001-0009(2013)20-0071-04
   木 瓜 海 棠 (Chaenomeles cathayensis (Hemsl.)
Schneid.)属蔷薇科木瓜属落叶小乔木,其用途广泛,具
有食用、药用价值和春观花、夏观型、秋观果、冬观干的
独特观赏价值[1-5],适合社区绿化和盆栽种植,其经济效
益和生态效益显著,园林观赏价值日益凸显,是极具开
发前景的乡土观赏树种[6-7]。然而,这种优良的树种存
在着种质资源缺乏和繁育困难的问题。因此,研究在生
产上快速获取大量的优良苗木的方法成为了热点课题。
苗木的繁育最重要的方面是其经济效益和生态效
益,通过无性繁殖,可以从现有的种质资源中选取性状
   
良好的优势植株或品种加以繁殖,进而推广和利用,这
样既克服了种子繁殖苗木出圃时间长的缺点,又能保持
亲本的优良性状。基于无性繁殖的优点,针对木瓜育种
过程越来越多地应用了无性繁殖技术,从常规的无性繁
殖,到更高水平的组织培养,都有很大的进步,越来越多
的稀有树种和名贵树种通过无性繁殖均获得成功并有
望大规模推广应用。相对于新兴的细胞核组织培养技
术,较经济且容易被广大生产者接受的还是常规的无性
繁殖。扦插繁殖是应用最为普遍的一种无性繁殖方
法[8],常用于苗木花卉生产中,以满足生产者对快速获
取大量苗木的需要。目前对木瓜海棠的观赏价值、修剪
等方面的研究报道较多,湖北省林业科学研究院曾做过
木瓜扦插繁殖研究,发现了1a生插条在100mg/L的超
浓缩生长剂处理下生根效果很好[7,9-10],并且得出秋插优
于春插的结论;曹玉翠等[11]在研究木瓜硬枝扦插繁殖技
术与生根关联酶活性试验时,发现了珍珠岩+泥炭,IBA
100mg/g处理30min的组合方式最优,生根率可达
66%,并且提出了木瓜硬枝扦插生根过程可分为愈伤形
成期、不定根诱导期和不定根伸长期3个阶段。扦插
   
Abstract:Taking Sansevieria trifasciatavar ‘Laurenti’as test material,through the fumigation test,the efects on
activities of superoxide dismutase(SOD),peroxidase(POD)and catalase(CAT),as wel as the contents of chlorophyl
(Chl),superoxide radical(O·2 ),malondialdehyde(MDA)and proline(Pro)in Sansevieria trifasciatavar‘Laurenti’
under the combined stress of benzene and formaldehyde were studied.The results showed that as the benzene and
formaldehyde concentration increasing,the photosynthesis was limited,the chlorophyl content decreased while the
contents of superoxide radical(O·2 ),malondialdehyde(MDA)increased.Meanwhile,the activities of superoxide dismutase
(SOD)and peroxidase(POD)increased while catalase(CAT)activity reduced.Generaly speaking,the change of
superoxide dismutase(SOD),peroxidase(POD)and catalase(CAT)under benzene and formaldehyde combined stress
was a complicated interaction.
Key words:Sansevieria trifasciatavar‘Laurenti’;benzene and formaldehyde stress;antioxidant system
17