CN105052469A

CN105052469A - 甲醇在增强植物净化液体甲醛污染中的应用

Info

Publication number: CN105052469A
Application number: CN201510465049.9A
Authority: CN
Inventors: 陈丽梅; 谭浩
Original assignee: Kunming University of Science and Technology
Current assignee: Kunming University of Science and Technology
Priority date: 2015-08-03
Filing date: 2015-08-03
Publication date: 2015-11-18

Abstract

本发明公开了甲醇的新用途，具体为甲醇在增强植物净化液体甲醛污染中的应用，使用时，采用0.5mmol/L甲醇溶液预处理黑大豆根部12h，再用2mmol/L甲醛溶液替换处理，在24h时植株对甲醛的吸收能够达到79%，相比未经甲醇预处理的植株而言，甲醛吸收率提高了69%，同时发现经过甲醇预处理的黑大豆根部对2mmol/L甲醛的吸收效率要高于4mmol/L和6mmol/L甲醛；甲醇是比较理想的刺激植物吸收液体甲醛的促进剂，甲醇的预处理能够明显提高植物根部对液体甲醛的吸收率，对工业废水甲醛污染防治具有重要意义。

Description

甲醇在增强植物净化液体甲醛污染中的应用

技术领域

本发明属于植物净化水污染的领域，涉及到甲醇在提高植物净化液体甲醛污染中的新用途。

技术背景

甲醛（HCHO）被广泛用于化工合成、工业制造、医药合成、化学农药合成等工业领域，因此在现代化工和化学农药生产过程中产生大量含甲醛的生产废水。含甲醛的废水如果直接排到环境中，会造成土壤和水体的甲醛污染，另一方面随着生活质量的不断提高装修已成为现代人生活的一部分,甲醛是很多装修材料中广泛使用的胶黏剂，用甲醛做胶黏剂的材料中存在的未交联游离甲醛会持续地释放出来，从而造成严重的室内空气甲醛污染。人和动物持续暴露于空气中污染的甲醛后会引起皮肤炎症；甲醛进入呼吸系统会导致呼吸道刺激和过敏；通过血液系统到达全身导致肺功能异常、肝功能异常、免疫功能异常等；长期饮用甲醛污染的水源对人和动物会产生急性或慢性的危害，引发头昏、贫血以及各种神经系统疾病。

由于甲醛污染的危害很广泛，因此有很多研究致力于开发治理甲醛污染的技术和方法，在众多治理方法中，基于微生物和植物吸收甲醛能力开发的生物反应器是一种行之有效且经济实惠的方法，这类反应器可以用来净化污染在环境中的液态、固态和气态甲醛。在盆栽植物净化甲醛的体系中，甲醛一方面可以通过茎上的皮孔和叶片表皮上的气孔将空气中污染的甲醛吸收进入植物体内，另一方面也可以通过地下部分根吸收污染到土壤中的甲醛。Kim等(2008)的研究表明盆栽八角(Fatsiajaponica)和垂叶榕(Ficusbenjamina)植株在白天根去除甲醛的量和地上部分相同，但晚上根去除甲醛的量是地上部分的10倍，说明植物根系对甲醛去除有重要的贡献。很多研究结果表明不同植物品种具有不同的甲醛吸收能力。为了更好地利用植物净化甲醛污染，有不少研究考察了植物不同组织和器官吸收甲醛的动力学。Zeng等(2013)的研究表明用液体甲醛处理离体香蕉叶片时叶片对甲醛的吸收量和处理时间的关系为平方根函数，Song等（2010）对模式植物烟草和拟南芥吸收液体甲醛的动力学分析结果说明拟南芥对液体甲醛吸收能力强于烟草,拟南芥植株从甲醛处理液中吸收甲醛的量和处理时间的关系为幂函数。Xu等(2010)等用宏观动力学模型考察在植物、微生物及陶粒等基质构成的生物过滤系统中甲醛降解的动力学过程，通过动力学模型预测该过滤系统清除甲醛的最佳条件和实验值相符。

很多研究观察到植物对甲醛的吸收和净化效果受多种因素的影响。对不同植物吸收甲醛速率和效率的研究表明甲醛的起始浓度对植物甲醛吸收和去除效率的影响有多种效果，如矮牵牛叶片从2-8mM甲醛溶液中吸收甲醛的效率随甲醛浓度的增加而减少，对烟草和拟南芥的研究也获得类似的结果。然而，Oyabu等(2003)的研究发现橡胶树（Fucuselastica）和波士顿蕨（Nephrolepisexaltata）清除甲醛的速率随甲醛浓度的增加而增加，二者之间为线性相关性。Dingle等(2000)的研究结果说明在甲醛起始浓度低于一定阈值时，植物对甲醛的去除无能为力。每个处理中使用植株的数量也对甲醛去除效果有影响，一般情况下处理体系中甲醛浓度会随植物材料的增加而降低。植物叶片对气体甲醛的吸收和气孔传导率有关，Kondo等（1995）的研究发现夹竹桃（Neriumindicum）对甲醛去除量和甲醛的吸收与其气孔传导率呈现线性相关性。此外，植物对甲醛的吸收还受温度的影响，在一定的温度范围内，软叶刺葵（Phoenixroebelenii）对甲醛的去除效率随温度的升高而增加。叶片的气孔对甲醛的吸收受光照强度的影响，在一定范围内光照强度的增加使植物对甲醛的吸收量增加，但在光照强度增加到一定程度后夹竹桃甲醛吸收速率有饱和的现象。

甲醇和甲醛都是参与植物C1代谢的一碳化合物，甲醇被很多研究证实可以刺激植物生长并增加植物的生物量及作为产量，这种效果在低等藻类植物和高等植物及多种农作物中均得到验证。此外，甲醇还有多种多样的生理学功能，如改变植物基因转录组和蛋白质组，增强植物的光合作用，促进观赏植物开花，缩短植物生育期等。有些研究还发现叶面施用液体甲醇不仅可以增加作物产量，而且能缓解干旱环境中农作物的干旱胁迫胁迫症状并减少灌溉需水量。Wu等（2013）的研究说明在酸性土壤中生长的丹波黑大豆(RB)叶面喷施甲醇后，光合作用和抗氧化酶相关基因的表达上调，因而提高叶片光合作用能力，缓解酸性土壤对RB的胁迫症状。赵艳等（2014）的研究结果说明蚕豆叶片喷施甲醇不仅诱导光合作用相关基因的表达，而且上调了14-3-3蛋白与质膜H⁺-ATPase的表达，同时叶片中过氧化氢含量降低，磷酸化质膜H⁺-ATPase与14-3-3蛋白的相互作用增强，从而增加质膜H⁺-ATPase的氢泵活性并提供蚕豆气孔导度及胞间CO₂浓度，这可能是甲醇增加蚕豆光和效率的分子机理。

以往的很多研究结果证实通过遗传操作在转基因植物中过量表达甲醛代谢相关的酶可以提高植物代谢、吸收和净化甲醛的能力。但是用生理生化方法改变植物的甲醛代谢和吸收能力的研究还未见相关报道。甲醛污染状态主要有两种类型：一种是室内空气污染，另一种是废水污染。由于甲醛易溶于水，因此气态污染甲醛也可以转化为液态后利用植物根系净化。甲醇能够促进植物生长，改变植物基因和蛋白表达并可以增加植物适应逆境胁迫的能力，因此本研究考察甲醇的应用是否可以促进黑大豆根系对甲醛的吸收，结果说明甲醇的预处理可以有效增加黑大豆的甲醛吸收量。

发明内容

本发明目的是提供一种提高液体甲醛净化吸收的促进剂，即甲醇在提高植物黑大豆（Glycinemaxvar.）净化液体甲醛污染中的作用。

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黑大豆饱满种子用常温去离子水冲洗表皮，之后平铺于垫有湿润滤纸的培养皿中，在25℃恒温下黑暗催芽萌发；待根长出约3cm转移到具有针孔眼的薄泡沫板上，置于盛有Hoagland’s营养液的黑色塑料盆中，于温度25℃，每天用强度为1200μmol·m^-2·s^-1（光照强度)的强光照射12h进行漂浮培养，每隔1d更换一次培养液；

（2）待黑大豆长到两对叶片时选择长势一致的植株称量整株鲜重共8g（4棵植株鲜重），分别用0、0.1、0.5、0.9、1.3mmol/L甲醇溶液75ml对黑大豆根部进行预处理，12h后（此预处理时间根据本实验室其它研究结果暂定为12h）用2mmol/L甲醛溶液替换处理，测量12h时溶液中剩余甲醛含量；每个处理设置五个重复；根据测量结果选定甲醇促进吸收的最佳浓度；

（3）用步骤（2）中相同生长情况的黑大豆称量整株鲜重共8g，使用0.5mmol/L的甲醇溶液75ml预处理不同时间（2、6、12、24h）后，用75ml4mmol/L的甲醛溶液替换继续处理，测定不同时间（12、18、24、36、48h）溶液中剩余甲醛含量；每个处理设置五个重复；根据测量结果选定甲醇预处理的最佳时间；

（4）用步骤（2）中相同生长情况的黑大豆称量整株鲜重共8g，先用最佳浓度的甲醇溶液0.5mmol/L预处理12h，然后用2、4、6mmol/L甲醛溶液替换处理，分别测量0、2、4、12、18、24、36、48h溶液中剩余甲醛含量，每个处理设置五个独立重复。

本发明提供的甲醇作为黑大豆根部吸收液体甲醛的促进剂，使用简单方便，成本低廉。甲醇显著的提高了植物净化废水中甲醛污染的能力，开辟了利用甲醇促进植物治理甲醛污染的新途径，有助于科技工作者对甲醇促进植物净化废水中甲醛污染能力的分子机理研究，在植物净化工业生产废水甲醛污染防治领域具有广阔的前景，也开辟了经济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：本发明所述的甲醇刺激下提高植物根部吸收液体甲醛，具有投入低、操作简单、净化效率高的特点；甲醇是比较理想的刺激植物吸收液体甲醛的促进剂，甲醇的预处理能够明显提高植物根部对液体甲醛的吸收率，对工业废水甲醛污染防治具有重要意义。

附图说明

图1为本发明中不同浓度甲醇（0.1、0.5、0.9、1.3mmol/L）预处理12h对2mmol/L甲醛吸收的影响结果；其中A图为不同浓度甲醇预处理后，再用甲醛处理12h时溶液中剩余甲醛含量；B图为不同浓度甲醇预处理对甲醛吸收的影响；

图2为本发明中0.5mmol/L甲醇预处理不同时间（2、6、12、24h）对4mmol/L甲醛吸收的影响；A图为甲醇预处理不同时间后，再用甲醛处理时不同时间点溶液中剩余甲醛含量；B图为甲醇预处理不同时间对甲醛吸收的影响；

图3为甲醇预处理后，再用2mmol/L甲醛处理不同时间点溶液中剩余甲醛含量；

图4为甲醇预处理后，再用4mmol/L甲醛处理不同时间点溶液中剩余甲醛含量；

图5为甲醇预处理后，再用6mmol/L甲醛处理不同时间点溶液中剩余甲醛含量；

图6为0.5mmol/L甲醇预处理对2mmol/L甲醛吸收的影响；

图7为0.5mmol/L甲醇预处理对4mmol/L甲醛吸收的影响；

图8为0.5mmol/L甲醇预处理对6mmol/L甲醛吸收的影响。

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：黑大豆植株的水培和处理，步骤如下：

1、实验材料为黑大豆水培幼苗，黑大豆催芽后播种于带孔塑料薄板上，采用Hoagland’s营养液水培，隔天更换一次培养液，待幼苗长出两对叶片时用于本实验；

2、配置不同浓度（0.1、0.5、0.9、1.3mmol/L）的甲醇溶液和不同浓度（2、4、6mmol/L）的甲醛溶液；

3、分别用步骤2中不同浓度甲醇溶液（0.1、0.5、0.9、1.3mmol/L）预处理黑大豆根部（整株鲜重共8g）12h，以不加甲醇的水溶液作为对照，待甲醇预处理结束后，将甲醇溶液倒掉，加入75ml2mmol/L的甲醛溶液（记作初始HCHO，起始水平为100%）继续处理，测定甲醛处理12h时溶液中剩余甲醛含量（测定的剩余甲醛含量记作剩余HCHO%），同时在相同的处理方式下不放入植株测定甲醛挥发量记作挥发HCHO%，在相同的处理方式下放入杀青的黑大豆根测定剩余甲醛含量记作吸附HCHO%（杀青是指将新鲜植株置于105℃高温下30分钟，使植物体内的酶失去活性，防止代谢继续进行），而甲醛处理液的起始水平记作100%，则黑大豆根部吸收的甲醛量即吸收率%=100%（起始水平）-剩余HCHO%-挥发HCHO%-吸附HCHO%；实验处理过程中培养瓶均使用保鲜膜进行封口处理以及2mmol/L甲醛的挥发HCHO%和吸附HCHO%；每组实验均设置五个独立重复；

4、用0.5mmol/L甲醇溶液75ml预处理黑大豆根部（整株鲜重共8g）不同时间（2、6、12、24h），以不加甲醇的水溶液作为对照；待甲醇预处理时间结束后，倒掉甲醇处理液，加入75ml4mmol/L的甲醛溶液继续处理，测定不同时间（12、18、24、36、48h）溶液中剩余甲醛含量以及2mmol/L甲醛的挥发HCHO%和吸附HCHO%；实验处理方法及实验条件同步骤3。

5、用0.5mmol/L的甲醇溶液预处理黑大豆根部（4棵整株鲜重共8g）12h，待预处理结束后，将甲醇溶液倒掉后再分别加入2、4、6mmol/L甲醛溶液继续处理，测定0、2、4、12、18、24、36、48h时处理液中剩余甲醛含量；以步骤3中的方式分别测定2、4、6mmol/L甲醛的挥发HCHO%，吸附HCHO%，计算黑大豆根部分别对2、4、6mmol/L甲醛的吸收率，实验处理方法及实验条件同步骤3。

实验例2：采用Nash法测定实验例1中步骤3,4,5中剩余甲醛的含量。具体测定步骤如下：

1、Nash试剂配制：向1000ml烧瓶中注入约800ml蒸馏水，溶解150g醋酸铵，随后加入3ml冰乙酸以及2ml乙酰丙酮，加蒸馏水定容至1000ml并充分混匀。将配制好的Nash试剂转移至棕色瓶避光保存备用。Nash试剂在最初配制的12h内溶液颜色会变暗，因此新鲜配制的Nash试剂应放置12h以后再使用。

2、1ml的反应体系包括Nash试剂500μl，蒸馏水450μl以及甲醛溶液50μl，反应体系混匀后置于30℃水浴30min。以500μlNash试剂加上500μl蒸馏水的反应体系作为对照调零，测定甲醛与Nash试剂在OD₄₁₀下的显色反应值。

当使用0.1、0.5、0.9和1.3mmol/L的甲醇溶液分别预处理黑大豆12h，通过对比不同浓度甲醇预处理对2mmol/L甲醛的吸收促进作用，可以看出相比无甲醇处理的对照，0.1、0.5、0.9和1.3mmol/L的甲醇预处理均能够增加黑大豆对甲醛的吸收作用，而0.5mmol/L甲醇的促进作用最明显，在12h时甲醛吸收率达到25%（图1A和图1B）。

从图2可以看出，经过0.5mmol/L甲醇预处理6h和12h，溶液中剩余甲醛在48h几乎接近于0，而甲醇预处理2h和24h，溶液中剩余甲醛在48h时并未能完全消耗（图2A）。通过对比甲醛吸收率（图2B），可以看出甲醇预处理时间为12h能最大程度促进甲醛吸收，48h时甲醛吸收率达到83%。

当用0.5mmol/L甲醇预处理黑大豆12h时，可以看出溶液中甲醛浓度为2mmol/L时，在36h时黑大豆能够完全消除溶液中甲醛（图3），而当溶液中甲醛浓度为4和6mmol/L时，在48h的处理时间中溶液中剩余甲醛分别为24%（图4）和52%（图5）。相比4和6mmol/L甲醛处理液而言，当甲醛处理液浓度为2mmol/L时，在24h时，甲醛吸收率就达到了79%（图6），而4和6mmol/L甲醛溶液在48h时吸收率才分别为54%（图7）和34%（图8）。同时可以看出，相比对照而言，在24h时甲醇预处理使得植株对2mmol/L甲醛的吸收提升了69%，而且甲醇预处理对4mmol/L和6mmol/L的甲醛吸收均有明显的促进作用（图6，7，8）。从植物净化甲醛的效率来讲，较低浓度的甲醛更能在较短时间内获得较大的净化效率。由此可知，0.5mmol/L的甲醇预处理12h能够明显促进植株对甲醛的吸收，净化甲醛污染。

Claims

1.甲醇在增强植物净化液体甲醛污染中的应用。