利用植物净化室内甲醛污染的研究进展(2)

　　甲醛在低浓度下即能杀死大多数微生物，其液体和蒸汽常用作灭菌药剂。但近年来有研究发现某些微生物不仅对甲醛有耐受性，还可以将甲醛等含C1化合物作为碳源氧化分解。微生物代谢甲醛也有两类途径：甲醛异化路径和甲醛同化路径。甲醛的微生物异化作用主要通过线性辅因子氧化途径(Thelinearcofactor-linkedpathway)实现的。甲醛与谷胱苷肽、真菌硫醇(Mycothiol)、四氢叶酸及四氢甲基蝶呤(Tetrahydrofolatemethylneopterin)等辅因子形成加合物，再被甲醛脱氢酶及甲酸脱氢酶催化分解，类似于植物分解甲醛的过程。某些微生物还可以通过核酮糖单磷酸的环状氧化途径(Thecyclicoxidativeribulosemonophosphatepathway)分解甲醛。甲醛在微生物体内的同化作用在甲基营养菌中是通过核酮糖单磷酸途径(Theribulosemonophosphatepathway)、丝氨酸途径(theserinepathway)和核酮糖二磷酸途径(Theribulosebisphosphatepathway)3个途径来完成的。最近的生化和遗传学的实验表明：一些非甲基营养菌的核酮糖单磷酸途径在甲醛脱毒过程中也能起一定作用。核酮糖单磷酸途径是高效捕捉游离甲醛的代谢途径，在甲醛浓度极低的情况下依然能发挥作用，而且核酮糖单磷酸途径代谢的所有反应均是放能的，它同化甲醛的效率比丝氨酸途径或核酮糖二磷酸途径都高得多。近年来有研究利用微生物的核酮糖单磷酸途径来增强植物对甲醛的同化和脱毒能力。通过转基因技术在植物的叶绿体中成功地表达了同化甲醛的核酮糖单磷酸途径关键酶：6-磷酸己酮糖合成酶(3-hexulose-6-phosphatesynthase)和6-磷酸果糖异构酶(6-phospho-3-hexuloisomerase)，在转基因植物中构建新的甲醛同化途径。该途径能起作用是因为核酮糖单磷酸途径中的5-磷酸核酮糖(Ribulose5-phosphate)和6-磷酸果糖(Fructose6-phosphate)也是植物开尔文循环的中间产物。

　　2、植物净化甲醛的性能研究

　　国外最早开展植物净化室内空气污染研究的是美国航天局(NASA)的Wolverton博士。美国航天局在七十年代就开始关注在空间站这样一个密闭环境中的空气污染问题，Wolverton从1984年到1989年间进行了一系列关于植物去除甲醛的静态熏蒸实验，总结出对甲醛净化效果最好的十种植物：波斯顿蕨(Nephrolepisexaltata‘Bostoniensis')、菊花(Dendranthemaxgrandiflorum)、罗比亲王海枣(Phonixroebelenii)、竹蕉(Dracaenaderemensis‘JanetCraig')、雪佛里椰子(Chamaedoreaseifritzii)、常春藤(Hederahelix)、垂叶榕(Ficusbenjamina)、白鹤芋(Spathiphyllumwallisii‘Clevelandii')、黄椰子(Chrysalidocarpuslutescens)和中斑香龙血树(Dracaenafragrans‘Massangeana')。

　　Oyabu等认为植物净化甲醛的能力并不主要是由叶片气孔密度大小决定，而是植物与土壤的协同作用，且植物培养介质、温度、光强均会影响植物净化甲醛能力。Kondo等的实验结果表明植物的甲醛吸收量与甲醛浓度、光强及植物叶片水分蒸腾速度成正相关。Song等发现植物数量和植物的位置（光照条件）都会影响净化甲醛的能力。其他相关的研究表明影响植物吸收有机气体的因子还有植物种类、品种、叶龄、叶表形态及污染物进入叶内的气孔导度或阻力等。

　　在国内，上海医科大学和上海市植物园较早开展一些植物净化室内空气方面的探索性研究。他们将复叶波士顿肾蕨(Nephrolepisexaltata‘Marsalii’)、鹅掌柴(Scheffleraarboricola)、心叶喜林芋(Philodendronscandens)、蔓生椒草(Peperomiaprecomens)，吊兰(Chlorophytumcomosum)等7种上海常见的观叶植物置于染毒室内分别用甲醛、CO2、CO、SO2染毒。实验结果表明这些植物可以有效降低污染物的浓度。中国室内环境监测工作委员会于2005年首次发布了室内常用植物净化室内环境污染的结果。此外国内一些学者参照Wolverton博士的实验，对一些常见的观叶植物和景天科植物进行净化甲醛能力和抗性的分析，证实这些植物具有一定净化甲醛的能力。最近北京市理化分析测试中心则利用甲醛动态熏蒸法从112种植物中筛选出一批对甲醛净化效果较好的植物，它们分别是一串红(Salviasplendens)、小丽花(Dahliapinnata)、新几内亚凤仙(ImpatiensNewGuineaHybrides)、圆叶竹芋‘青苹果(Calathearotundifolia‘Fasciata’)等。

　　综合前人的的研究，关于植物净化甲醛效果主要采取以下三种表示方式：①吸收通量(uptakefluxes，μmol·s-1或μg·s-1)，可直观表示植物去除气体污染物的量，比较具有现实应用意义。②吸收速率(fluxdensity，μmol·m-2·s-1或μg·m-2·s-1)也称为通量密度。前两者均会受不同背景气体污染物浓度的影响，故不适合用于比较植物在不同甲醛浓度间的去除效率。③沉降速度(depositionvelocity，mm/s或cm·s-1)，可在不同背景浓度情况下判断某植物对甲醛的去除效率。五加科(Araliaceae)、唇形科(Lamiaceae)、菊科(Asteraceae)、秋海棠科(Begoniaceae)及蕨类植物去除甲醛的效果较好。但是植物净化甲醛过程的机理非常复杂，植物的生理作用影响较大，不同的实验条件和实验方法也会导致实验结果的差异。而且研究者会根据实验的需要选取评价植物净化甲醛能力的方法，而不同量纲的数据之间又难于分析比较。因此目前大部分的实验结论只能作为参考数据，还无法给出定量化的标准值。

　　3、植物修复与其他技术的联合应用

　　事实上，大部分室内植物净化甲醛等挥发性有机物的效果并不太理想，吸收能力相对低下。而有研究表明，植物联合其他修复技术比采用单一植物修复技术有更好的效果。Wolverton首次尝试利用活性炭和绿萝联合修复有机污染物。接着日本的Sawada也尝试利用活性炭和植物联合净化甲醛。

　　Kempeneer用恶臭假单胞菌TVA8液体喷洒接种到植物和没有喷洒两种情况进行比较，发现接种恶臭假单胞菌TVA8后，植物净化甲苯的时间从75h降到27h。国内刘艳丽利用二氧化钛溶胶结合马拉巴粟(Pachiramacrocarpa)进行净化甲醛实验，发现涂敷二氧化钛溶胶对植物净化作用起到更好的效果。

　　4、研究展望

　　当今社会经济迅速发展，建筑内部装修越来越被注重，同时人们对室内空气质量的认识越来越强，观赏植物净化室内甲醛污染的研究已成为当今室内空气治理领域的热点方向。以往关于植物对甲醛净化效果和机制方面的研究已获得了一些重要的成果，比如，（1）筛选出了一批能够有效地去除室内甲醛污染的观赏植物；（2）室内观赏植物去除甲醛污染是植物-土壤体系的共同作用的结果；（3）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，通过基因工程技术可以提高植物净化甲醛的能力；（4）植物与其他修复技术联合作用可以有效增加净化甲醛的效果。

　　然而，由于植物生理特性的多变性和甲醛代谢机理等问题的复杂性，观赏植物净化甲醛技术的研究报道中依然存在不少不足和空白，还需继续加强以下的研究工作：

　　（1）高效净化甲醛植物的筛选。深入探讨不同影响因素、不同污染物浓度下植物净化甲醛的效果比较，并进行植物的甲醛耐受性、持续性吸收效果的检测以及植物—土壤体系在室内甲醛环境下是否释放出有毒气体的研究，以确保植物能够长期引种到室内甲醛环境下且对人体无害。同时还需进一步制定量化植物净化甲醛能力的评价标准。目前利用沉降速度的评价方法可以有效的解决不同气体污染浓度影响下不同物种间净化效果的比较。

　　（2）联合修复技术的开发研究。室内观赏植物去除甲醛污染是植物—土壤体系共同作用的结果，植物的净化能力与土壤中的微生物菌落数和类别有关。同时还需不断开发植物与吸附修复、光催化作用等联合修复技术，以提高植物整体净化甲醛的能力。

　　（3）植物体内代谢转化甲醛机制的研究。通过鉴定植物体内相关的酶与表达量来定向筛选对某类化合物有特异净化能力的植物将是一种可行的方法。因此需要继续深入研究甲醛代谢相关的酶与甲醛净化能力之间的关系，同时通过加强利用基因工程技术提高植物净化甲醛能力的研究。

　　（4）观赏植物净化甲醛的动力机制研究。植物主要通过其地上部分的叶片表面及气孔直接吸附吸收大气污染物，研究其净化动力学机制，建立植物净化甲醛的动力学模型，有利于间接预测植物净化甲醛的效果，大大减少筛选净化植物的工作量。