CN104584896A - 生长素在提高盆栽植物净化空气甲醛污染中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了生长素IAA在提高盆栽植物净化空气甲醛污染中的应用；使用时，采用IAA溶液对盆栽蚕豆叶片下表皮进行喷施，8小时后将蚕豆植株分别放入含有14.8 mg/m³和4mg/m³气体甲醛的空气环境中，在14.8 mg/m³甲醛胁迫环境中处理1h及4mg/m³甲醛胁迫环境中处理24h、48h、72h后分别进行叶片生理生化指标的测定；实验结果表明，与对照植株相比，喷施IAA后，在甲醛污染环境中生长的蚕豆叶片的质膜ATP酶活性、H^＋-泵活性、气孔开度和导度均升高，这些变化都有助于提高植株气孔开放活动，提高了叶片对甲醛的吸收率，从而加强了植物净化空气甲醛污染的功能。

Description

生长素在提高盆栽植物净化空气甲醛污染中的应用

技术领域

    本发明属于植物净化空气污染的领域，涉及生长素的新用途,具体为生长素在提高植物净化空气甲醛污染中的新用途。

背景技术

室内空气污染已成为继“煤烟型污染”和“光化学烟雾型污染”之后的第三污染时期。在室内众多的有机污染物中，甲醛以其来源广泛、危害性大、持续时间长等特点，成为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，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，净化室内空气甲醛污染成了人们一直关注的课题。目前净化甲醛主要有吸附、冷凝、臭氧氧化法、光催化降解法、催化燃烧、微生物净化等方法，但这些方法存在条件苛刻、价格昂贵、操作繁琐、净化效率低、二次污染等缺点，利用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。植物净化气体甲醛主要是通过气孔吸收，气孔开放的功能强弱由气孔开度和导度决定，许多生物和非生物因素都可以抑制气孔的开度和导度，从而影响了植物吸收并净化甲醛的功能。因此，找到一种高效、简便、价格低廉和易被接受的植物气孔调节剂具有重大的现实和应用意义。

蚕豆 (Vicia faba L.) 属蝶形花科 (Papi-lionaceae) 野豌豆属中的一个栽培品种，一年生或越年生，在我国广泛种植。蚕豆下表皮气孔数目多，气孔较大，是吸收空气甲醛的非常好的植物材料。寻找一种价廉且吸收甲醛功能强的植物，发掘一种能提高蚕豆净化空气甲醛污染能力的气孔调节剂具有重要的环保意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种生长素 （IAA）的新用途，其作为提高植物净化空气甲醛污染能力的气孔调节剂，即生长素 IAA在植物净化甲醛污染中的作用。

为了实现本发明的上述目的，本发明的技术方案如下：

（1）选择云南本地的秋播蚕豆饱满种子进行烫种，烫死病菌和虫卵，25℃黑暗下催芽萌发，待根长出2cm转入花盆栽培，每一个花盆中放置三颗已萌发的健壮种子，培养期间两天浇一次水，长出叶后施加一次Hoagland’s培养液；

（2）待蚕豆苗长到四对叶片时选择长势一致的健壮植株，分别用5、10、20、40 μmol/L IAA溶液对盆栽蚕豆叶片下表皮进行喷施，8小时后分别放入含有14.8 mg/m³和4mg/m³气体甲醛的空气环境中，在14.8 mg/ m³甲醛胁迫环境中处理1h及4mg/m³甲醛胁迫环境中处理24h、48h、72h，每个处理设置三个重复。取蚕豆苗从上往下数的第二对叶进行生理生化指标的测定，从中筛选出最佳喷施浓度。

（3）分别以最佳喷施浓度的IAA处理蚕豆，按照上述处理时间处理，并取第二对叶用于生理生化指标的测定。

本发明提供的生长素 IAA作为植物净化空气甲醛污染的气孔调节剂，使用方便，成本很低，该调节剂显著提高了植物净化空气甲醛污染的能力，开辟了用调节剂提高植物净化甲醛污染的新途径，有助于科技工作者对生长素 IAA提高植物净化空气甲醛污染能力分子机理的研究，在环境保护的室内空气污染防治领域具有广阔的前景，也开辟了经济农作物在污染净化领域发挥新作用的空白。

本发明的有益效果：本发明所述的提高植物净化空气甲醛污染能力的调节剂，具有投入低、操作简单、效率高的特点；常温下，IAA是比较理想的植物净化空气甲醛污染的气孔调节剂，IAA喷施可以提高PM H⁺-ATPase和质膜H⁺-泵活性，提高气孔开度和导度，从而提高甲醛吸收率，对室内空气污染防治具有重要意义。

附图说明

图1为不同浓度IAA喷施后蚕豆叶片PM H⁺-ATP酶活性测定结果；图中N表示密封仓中没有甲醛胁迫也没有喷施IAA处理液的蚕豆植株；0表示密封仓中受甲醛胁迫但没有喷施IAA处理液的蚕豆植株；5-40μmol/L表示密封仓中受14.8 mg/m³气体甲醛胁迫但喷施了不同浓度IAA的蚕豆植株；

图2为不同浓度IAA喷施后蚕豆叶片H^＋-泵活性测定结果；图中N表示密封仓中没有甲醛胁迫也没有喷施IAA处理液的蚕豆植株；0表示密封仓中受甲醛胁迫但没有喷施IAA处理液的蚕豆植株；5-40μmol/L表示密封仓中受14.8 mg/m³气体甲醛胁迫但喷施了不同浓度IAA的蚕豆植株；

图3为不同浓度IAA喷施后蚕豆叶片气孔开度（A图）和导度（B图）的变化；

图4为浓度20μmol/L 的IAA喷施后蚕豆叶片气孔开度（A图）、导度（B图）的变化；

图5为浓度20μmol/L 的IAA喷施后空气中剩余甲醛浓度的变化；

图6为20μmol/L IAA喷施后蚕豆植株在家具柜中不同时间测得的叶片PM H⁺-ATP酶活性的变化；

图7为20μmol/L IAA喷施后蚕豆植株在家具柜中不同时间测得的叶片H^＋-泵活性的变化；其中A为0h，B为24h，C为48h，D为72h；

图8为20μmol/L IAA喷施后蚕豆植株在家具柜中不同时间测得的叶片气孔开度（A图）和导度（B图）的变化。

具体实施方式

下面通过实施例和附图对本发明作进一步详细说明，但本发明保护范围不局限于所述内容。实施例中方法如无特殊说明，按常规操作进行，如无特殊说明使用试剂均为常规购试剂或按常规方法配制的试剂。

实施例1：蚕豆植株的栽培和处理

1、实验材料为蚕豆幼苗。蚕豆种子催芽后播种于红壤和珍珠岩以质量比6:1比例混合的花盆中，每个花盆中放置三颗已萌发的健壮种子，培养期间两天浇一次水，长出叶后施加一次Hoagland’s培养液，待幼苗长至四对叶时用于本实验；

    2、配置不同浓度 (5、10、20、40 μmol/L)的IAA处理液；

3、分别用上述浓度梯度的处理液喷施蚕豆叶片下表皮，以下表皮布满水珠而不滴下为每张叶片的喷施量，以水喷施的蚕豆植株为空白对照。待IAA处理液处理时间8小时后，将蚕豆植株放入空气中含有14.8 mg/m³气体甲醛的玻璃密封仓中，该装置规格为700×600×700 mm（长×宽×高），经检测无气体外泄现象。密封仓的两侧提供光源，仓中光照强度为600 μmol/m²·s，密封仓的角落装有四个小风扇，以加速气体甲醛在仓内循环并均匀散布于仓内空间。密封仓中的温度和湿度由传感器（CH₂O/C-10, MEMBRAPOR, Swizerland）检测并在仪表盘自动显示。胁迫处理过程中，仓内初始和终末的平均温、湿度分别为30±1.91℃、30±0.33%和32±0.79℃、75±0.85%。甲醛胁迫处理方法如下：

滴加质量百分比浓度为37%的甲醛溶液于小海绵球上，将海绵球悬挂于密封仓内，甲醛从海绵球挥发，挥发出的甲醛浓度由测量室上方的显示屏显示读数，在甲醛浓度接近14.8 mg/m³时将蚕豆植株放入密封仓中，封好仓门，在密封仓初始浓度达到上述浓度时将海绵球取出。蚕豆胁迫处理1h后，仓内甲醛浓度开始下降，取样进行各项生理生化指标的测定，以水喷施的蚕豆植株为对照，每个处理设置三个重复。实验期间昼夜气温变化在13-22℃，为避免土壤及土壤微生物吸收甲醛对实验结果造成影响，从植株基部到花盆底部用PV膜密封。

 实施例2：采用实施例1中第3步处理后的蚕豆叶片进行PM H⁺-ATPase和H^＋-泵活性测定

1、质膜蛋白提取和浓度测定：不同IAA浓度喷施的蚕豆叶片质膜提取使用贝博试剂有限公司的试剂盒进行。提取后的质膜蛋白用Bradford法测定质膜蛋白浓度，在800μL的ddH₂O中加入5μL的质膜蛋白，混匀，然后加入200μL的Bradford溶液，室温静置10分钟，在OD595波长下检测蛋白浓度，计算50μg质膜蛋白对应的体积。

2、PM H⁺-ATPase活性测定步骤如下：

（1）PM H⁺- ATPase活性的测定在0.5 mL的反应体系中进行的；反应体系包含50mmol/L BTP/MES、5 mmol/L MgSO₄、50 mmol/L KCl、0.02% 十二烷基聚乙二醇醚(w/v)、50 mmol/L KNO₃、1 mmol/L (NH₄)₂MoO₄、1 mmol/L NaN₃、4 mmol/L ATP-Na₂，加入50μg的质膜蛋白提取液后启动反应；

（2）将反应混合物置于37℃水浴30min后立即冰浴，加入反应终止液1ml 2% H₂SO₄ (v/v)，5% SDS (w/v)和0.7 % (NH₄)₂MoO₄ (w/v)后，立即加入50μL 10% Vc(w/v) 显色液于室温下放置40min，测定波长为700nm处的吸光值。以相同条件下煮沸30分钟后失去活性的酶蛋白为空白对照。

（3）根据标准曲线计算出不同IAA浓度喷施的蚕豆叶片PM H⁺-ATPase活性（图1）。

3、H^＋-泵活性测定步骤如下：

（1）1.5 ml反应体系中含有5 mmol/L BTP/MES(pH 6.0)、12 μmol/L AO、300 mmol/L KCl、250 mmol/L 蔗糖、0.5 mmol/L EGTA（使用BTP调pH至6.0）、1 mmol/L NaN₃、1 mmol/L Na₂MoO₄、50 mmol/L KNO₃、0.05%十二烷基聚乙二醇醚（w/v）和100 μg质膜蛋白；添加去垢剂十二烷基聚乙二醇醚使原位膜翻转，反应混合液在室温下放置20 min后，加入5 mmol/L ATP－BTP（pH＝6.0）混合液以启动反应；

（2）以反应液调零对照，每分钟记录一次OD值，测定吖啶橙在492 nm处8分钟内吸光值猝灭速率，通过猝灭速率反映不同IAA喷施浓度的蚕豆叶片细胞膜囊体泵出H^＋的能力，即H^＋-泵活性（图2）。

从图1可以看出，喷施不同浓度的IAA后，蚕豆叶片的PM H⁺-ATP酶活性和对照组相比均有不同程度的恢复，20μmol/L IAA处理组对PM H⁺-ATP酶活性恢复最强。从图2可知，喷施不同浓度的IAA后，蚕豆叶片的H^＋-泵和对照组相比也有不同程度的恢复，20μmol/L IAA处理组H^＋-泵活性恢复最强。PM H⁺-ATP酶和H^＋-泵是植物气孔开放活动中的重要调节因子，其活性增强有助于气孔开度或导度的增加，从而促进气孔开放。

 实施例3：叶片气孔开度和导度测定

取实施例1第3步中处理了1小时的叶片，撕取下表皮，置于盖玻片上，滴加一滴生理盐水，盖上盖玻片，于中倍镜下观察并测量气孔开度，每个浓度随机测量40个，取平均值（图3A）。气孔导度用yaxin-1301植物气孔计(北京雅欣理仪科技有限公司)进行测量，每个处理浓度测量三次，取平均值（图3B）。

从图3A和图3B看，不同浓度IAA喷施后蚕豆叶片气孔开度和导度都有不同程度的恢复，但20μmol/L IAA对蚕豆叶片气孔开度和导度的恢复程度最大。

 实施例4：根据PM H⁺-ATP酶活性、H^＋-泵活性以及气孔开度和导度的测定结果筛选出20μmol/L 为IAA喷施的最佳浓度。以20μmol/L IAA处理液对蚕豆植株进行实施例1第3步的处理，在甲醛胁迫1小时后开始记录密封仓空气中剩余甲醛浓度（图5），10分钟记录一次，连续记录2小时，并测定气孔开度（图4A）和导度（图4B）。

从图4、5可以看到，由于喷施20μmol/L IAA，蚕豆叶片气孔开度和导度明显提高，密封仓空气中甲醛浓度下降速度与没有喷施IAA相比，明显加快，这说明蚕豆叶片喷施20μmol/L IAA后吸收甲醛能力明显提高。

 实施例5：为了验证20μmol/L IAA在植物对真实室内环境中气体甲醛污染的净化能力的促进作用，用20μmol/L的IAA处理液喷施蚕豆叶片下表皮，以下表皮布满水珠而不滴下为每张叶片的喷施量，待IAA处理液处理时间8小时后，将蚕豆放入释放气体甲醛日平均浓度为4mg/m³的旧家具柜中，家具柜三面由压缩板材（59′40′48cm）、一面由玻璃门构成，将长有蚕豆植株的花盆放入柜内后封闭柜门，胁迫处理24h、48h和72h，每个处理设置三个重复，以水喷施叶片下表皮并放在柜内和柜外的蚕豆植株为对照。控制柜内和柜外的光照、温度和相对湿度等条件在相近的水平，光照和黑暗处理时间设定为12h/12h。实验期间昼夜气温变化和花盆密封方法同上。分别于0h、24h、48h、72h测定柜外、柜内（未喷施IAA）和柜内＋IAA（柜内喷施IAA）的植株的PM H⁺-ATPase活性（图6）。

从图6可以看到，不同时间柜内喷施了IAA的蚕豆叶片和未喷施IAA的蚕豆叶片相比，PM H⁺-ATPase活性都明显得到恢复，而且随着时间增长，恢复得比未受甲醛胁迫的蚕豆叶片PM H⁺-ATPase活性还高，可见20μmol/L的IAA促进PM H⁺-ATPase活性提高的能力很强。

 实施例6：同实施例5处理，测定0h、24h、48h、72h柜内未喷施IAA和柜内喷施IAA的蚕豆叶片的H^＋-泵活性（图7）。

从图7可看出，不同时间柜内喷施了IAA的蚕豆叶片和未喷施IAA的蚕豆叶片相比，H^＋-泵也得到明显得到恢复。说明20μmol/L的IAA对提高H^＋-泵活性的能力也很强。

 实施例7：方法同实施例5处理，分别于0h、24h、48h、72h撕取柜内未喷施IAA和柜内喷施IAA的蚕豆叶片下表皮，检测方法同实施例3操作，检测不同时间喷施和未喷施IAA的植株气孔开度（图8A）和导度（图8B）。

从图8可知，由于气体甲醛胁迫，随着时间延长，蚕豆叶片的气孔开度和导度都迅速下降，但喷施IAA后，不同时间胁迫的蚕豆叶片气孔开度和导度都得到了明显的恢复。由此可知，20μmol/L的IAA有助于真实的甲醛污染空气环境中植物叶片气孔开度和导度的提高，从而促进植物吸收甲醛，净化甲醛污染。

Claims (1)

1.生长素在提高盆栽植物净化空气甲醛污染中的应用。