利用植物净化室内甲醛污染的研究进展

　　摘要：室内甲醛污染已成为我国最主要的室内空气环境问题，严重地危害着人们的生命健康。大量的植物净化甲醛研究表明，利用观赏植物净化室内甲醛污染是一种经济有效，并符合公众需要和心理的污染修复技术。文章简要综述了近年来利用植物净化甲醛污染的机理及净化效果方面的研究进展。植物可以通过茎叶的气孔和保卫细胞的开启来吸收甲醛气体，其经过植物栅栏组织和海绵组织的扩散以及维管系统进行运输和分布，最终被植物代谢和转化，而甲醛脱氢酶和甲酸脱氢酶是植物体内代谢转化甲醛的关键酶。同时，根际微生物间的协同作用，以及更换吸附能力更强的基质或在植物叶面喷洒二氧化钛溶胶等方式也能有效地强化甲醛的去除效果。总结文献的植物筛选试验可以发现，五加科、唇形科、菊科、秋海棠科及蕨类的植物具有较好的去除甲醛效果。文章认为还需进一步加强筛选高效的净化植物、植物净化甲醛的动力学、提高植物净化甲醛能力的遗传操作以及开发联合修复技术等方面的研究。

　　关键词：观赏植物；室内污染；甲醛；植物修复

　　继“煤烟型污染”和“光化学烟雾型污染”后，现代人正步入以“室内空气污染”为标志的第三污染时期。美国环保局的“室内空气质量大会报告”指出，新建的建筑物里已发现900多种有机污染物，其中一些污染物的污染水平甚至比室外正常水平高100倍。在众多有机污染物中，甲醛以其来源广泛、危害性大、持续时间长等特点，已成为我国普遍存在且较为严重的室内污染物之一。相关调查表明我国室内甲醛的浓度普遍高于室内空气质量标准(0.1mg·m-3)，在新装修房子内甲醛浓度甚至高达3.39mg·m-3。

　　因此，人们迫切需要一种安全且长期有效的方法解决严重的室内甲醛污染问题。绿色植物开始因其绿化美化功能被引入室内作为观赏性植物，后来被发现能吸收各种室内气态污染物，主要包括苯、甲苯、乙苯、二甲苯、丙酮、三氯乙烯、甲醛、氨水等室内常见气体污染物，以及CO、CO2、NO2、SO2等无机气体。相比于其他物理吸附、光催化净化、臭氧化、等离子体等物理化学修复技术，观赏植物净化技术具有成本低、无二次污染及净化作用持久等优点，近年来逐渐成为一种备受人们关注的室内污染气体净化技术。观赏植物净化技术不仅是一种同时能美化室内环境和净化室内空气污染的绿色生物净化途径，而且还是一种符合公众需求和心理的经济有效修复技术。本文根据前人的研究成果，综述了利用植物净化甲醛的机制及其净化甲醛性能等方面的研究进展。

　　1、植物净化甲醛的机制研究

　　植物净化甲醛的机制主要包括茎叶吸收与吸附、植物体内运输及其代谢转化、根际微生物的降解作用以及土壤吸附等途径。

　　1.1植物茎叶吸收与吸附

　　植物去除甲醛污染的第一步是茎叶的吸附作用，而粗糙程度会直接影响其吸附能力。植物还可以通过茎叶的气孔和保卫细胞的开启吸收气体，气体也可通过上表皮的角质层的渗透作用进入植物体内。然后气体经过栅栏组织和海绵组织的扩散，再通过植物维管系统进行运输和分布。植物利用气孔及皮孔吸收和释放甲醛气体是气体由高浓度往低浓度处扩散的被动扩散，而非主动吸收释放过程，因此各种气体在扩散与交换方面并无差异。但不同的污染气体与叶内细胞的作用却有所不同，导致植物对不同气体的吸收速度也不同。

　　植物吸收气体污染物的能力与其叶片的气孔数量和尺寸有关。一般来说，植物单位面积气孔越多，张启的程度越大，吸收气体能力越强。另外，有研究表明辛醇\水分配系数较高的挥发性或半挥发性有机物较易通过叶片的角质层渗入叶片组织内部。而甲醛气体的辛醇\水分配系数很小（logkow=0.35），其渗透作用可能较弱。除此之外，叶片的湿润程度也可能会影响植物净化甲醛的效果。至于植物地上部分的茎叶是否分泌酶类而直接降解吸附在其表面的甲醛或者通过某种微生物直接在叶面上将其分解，这方面的研究仍未见报道。

　　1.2植物对甲醛的代谢与转化

　　甲醛通过叶片的吸收及角质层的渗透作用进入植物体内后，经过同化、分解作用被转化为植物的组织成分或者放出CO2。Giese等利用放射性14C跟踪甲醛在吊兰中的代谢过程时发现，其体内谷胱甘肽(Glutathione)依赖的甲醛脱氢酶(FormaldehydeDehydrogenases)的活性比不依赖谷胱甘肽的甲醛脱氢酶活性高，而且放射性14C活性主要出现在有机酸和糖中。Schmitz等用14C标记研究甲醛在绿萝和垂叶榕叶子中的代谢机制时，发现在植物的叶片、茎和根都存在14C，并推测14C标记的甲醛气体在甲醛脱氢酶和甲酸脱氢酶(FormicDehydrogenases)的作用下最终被氧化成CO2，然后经过卡尔文循环(CalvinCycle)代谢。

　　高等植物代谢和转化甲醛可能有以下途径：

　　①不依赖叶酸的反应(Folate-independentreaction)；②叶酸介导的反应(Folate-mediatedreactions)；③甲基化循环(Activatedmethylcycle)；④S-甲基甲硫氨酸循环(S-methylmethioninecycle)。其中不依赖叶酸的反应是甲醛分解的过程，叶酸介导的反应、甲基化循环和S-甲基甲硫氨酸循环则是甲醛的同化过程。甲醛可以与谷胱苷肽、精氨酸(Arginine)、天冬酰氨(Asparagine)和四氢叶酸(Tetrahydrofolate)形成加合物，并通过植物体内不同代谢途径进行转移。现有的研究主要集中在不依赖叶酸的反应的依赖谷胱苷肽加合作用以及叶酸介导的反应的依赖四氢叶酸加合作用。

　　在不依赖叶酸的反应过程中，甲醛与谷胱苷肽作用形成加合物硫代羟甲基谷胱苷肽(S-hydroxymethylglutathione)，其在甲醛脱氢酶作用下生成硫代甲酰基谷胱苷肽(S-hydrormylglutathione)，而硫代甲酰基谷胱苷肽被水解成甲酸和谷胱苷肽，甲酸最终在甲酸脱氢酶作用下被氧化成CO2和H2O。叶酸介导的反应步骤可能是：甲醛→5，10-亚甲基四氢叶酸(5,10-methylene-THF)→甲酸→CO2+H2O。这个途径在线粒体中完成，甲酸最终在甲酸脱氢酶催化作用下被氧化成CO2和H2O，这可能也是植物体内甲醛代谢的主要途径之一。可见，甲醛脱氢酶和甲酸脱氢酶在甲醛代谢过程中起着关键作用。Achkor等对源于拟南芥甲醛脱氢酶的基因进行遗传操作，过量表达此酶的拟南芥对外源甲醛的摄取效率提高25%，表明植物对于甲醛的摄取和脱毒与甲醛脱氢酶的表达量相关。研究表明部分甲醛可通过复杂的活性甲基循环代谢、S-甲基甲硫氨酸循环代谢转化成植物体内的组织成分。

　　1.3植物根际微生物降解转化

　　除了上述两种方式之外，空气中的甲醛可不断地沉降于土壤或微生物表面，一部分被土壤表面吸附，另外一部分被微生物降解。根际微生物数量常比根际以外的微生物数量高几倍甚至几十倍，因此在降解气体污染物质中起着重要作用。