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三种观赏植物与微生物协同净化甲醛效果的研究

卷宗

北京中学

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摘要：甲醛对人体的危害巨大，如何有效且环保地净化甲醛是当今社会一个十分重要的问题。为研究新式除甲醛方式，我们设计了植物与微生物协同净化甲醛的实验。结果表明，绿萝、吊兰、常春藤均能起到净化甲醛的作用，酵母菌和铜绿假单胞菌对甲醛的净化作用不稳定，绿萝与酵母菌协同作用效果尤为显著。本实验的结论可以为后续相关实验提供参考，并且可为生活中如何有效且环保地除甲醛提供新的思路。

Abstract： Formaldehyde is very harmful to human body. How to effectively and environmentally purify formaldehyde is a very important problem in today's society. To study the new formaldehyde removal method， we designed the cooperative formaldehyde removal experiment between plants and microorganisms. The results show that， scindapsus aureus， chlorophytum and ivy can play a role of formaldehyde purification， yeast and Pseudomonas aeruginosa on formaldehyde purification effect is not stable， and the synergistic effect of scindapsus aureus and yeast is particularly significant. The conclusion of this experiment can provide a reference for the subsequent related experiments， and can provide new ideas for how to effectively and environmentally remove formaldehyde in daily life.

Keywords： formaldehyde pollution purification; indoor foliage plants; microorganism

1.引言

甲醛是胶粘剂工业应用最广泛的化学原材料，在木材加工、模塑料、涂料等家具生产领域均有应用。随着经济的发展和人民生活水平的提高，各种原料制成的建筑装饰材料已走入各种室内公共场所和家庭，使甲醛成为室内空气污染最具代表性的化学物质。2017年，世界卫生组织将甲醛列为一类致癌物。研究表明，甲醛可导致慢性呼吸道疾病等多种疾病。因此，如何有效去除甲醛已成为生活生产中亟待解决的重要问题。

目前市面上常用的除甲醛法有自然通风法、植物生态净化法、物理化学吸附法、微生物法和催化氧化降解法等[1]。以上几种方法均在除甲醛效率或经济成本方面存在一定问题，因此，寻找另一种效率更高、成本更低的除甲醛新方法是十分必要的。

甲醛的微生物法和植物生态净化法与其他方法相比是环境友好且成本较低的技术。然而，不论是单独的植物除甲醛法还是微生物除甲醛法都存在效率不足的缺点。

周晓晶等研究发现绿萝、吊兰、常春藤是甲醛吸收效率最高的三种常见室内观赏植物[2]。此外，有研究表明铜绿假单胞菌和酵母菌同样具备一定的除甲醛功能。为研究两种菌与此三种植物之间是否存在协同吸收净化甲醛的效果，本研究在亚克力材料密封箱中进行甲醛污染物净化实验。通过检测实验前后密封箱内甲醛含量、POD酶活性、气孔密度、微生物生长量等各个指标来评价甲醛吸收净化效果。旨在通过研究筛选一种新颖、便捷、有效、迅速且优于传统单一方案的除甲醛新方法，提出一种帮助环境治理和空气质量调节的新思路。

2.研究方法

2.1研究材料

本研究选用的材料为绿萝，吊兰，常春藤。获取方式为网购，均选取长势良好的观赏植物。本研究选用的微生物是酵母菌和铜绿假单胞菌，来自于中国普通微生物菌种保藏管理中心

仪器：IQ-350型甲醛检测仪（美国IST公司）、数码显微镜OLYMPUS（BX-51）、电子秤、721分光光度计、离心机、有机玻璃熏蒸箱（40cm×40cm×50cm）、小风扇。

其他实验材料还有：质量分数为38%～40%的分析纯甲醛溶液；无色指甲油；培养基成分（蛋白胨，牛肉浸取物，NaCl，琼脂，蒸馏水，pH=7.0）。

2.2实验装置

试验所用装置为亚克力板制成的甲醛熏蒸箱，是为本研究专门设计并定制的，箱体规格为40cm×40cm×50cm。在箱体一侧壁距底端15cm处打一个直径约1cm的检测孔，用于实验前和实验后的甲醛含量测量。箱体各边均用透明胶带进行密封，以防漏气。箱内前壁悬挂一个温湿度计，底部各放置一个小型风扇。

2.3检测方法

2.3.1甲醛浓度和甲醛吸收率

甲醛浓度和甲醛吸收率的测定采用IQ-350型甲醛检测仪（美国IST公司）测定甲醛含量。

甲醛检测仪置于箱体检测孔三分钟后，数据大致稳定后三次读数取平均值。注射甲醛30分钟后箱内甲醛气体浓度为起始浓度，12h时箱内浓度为终止浓度。用未放植物的空白箱内甲醛含量的变化进行校正。采用纸称重法测定被试植株的叶面积，用于计算单位叶面积植物吸收甲醛的能力。

植物对甲醛的净化效果以单位时间内单位叶面积植物吸收甲醛的量表示，单位为mg·h-1·m-2。

2.3.2植物叶面积

采用纸样称重法[3]，即用尺量出坐标纸边长，算出全纸面积，称出全纸重;剪下叶片平摊在坐标纸上，用铅笔在坐标纸上绘出叶轮廓，剪下叶形，称重，精度同上。计算公式为全纸面积与叶型纸重与全纸重比值的乘积。

2.3.3叶重

采用电子秤称量法称量叶重，该指标可计算单位叶重的甲醛吸收率。

2.3.4气孔密度

气孔密度变化量与植物吸收净化甲醛量呈正相关，用以指示甲醛吸收效果。

叶片气孔密度计数采用指甲油印迹法[4]。将无色指甲油均匀地涂在叶片表皮上，待指甲油干后用镊子轻轻将指甲油膜层剥下，制成临时装片，于OLYMPUS（BX-51）显微镜下观察。每种植物选3片成熟的植物叶片，每个叶片随机取10个视野观察气孔数目，然后根据气孔数目和视野面积计算气孔密度。

2.3.5POD酶活性

氧化物酶（POD）可反应植物代谢活动的变化，可指示甲醛对植物的损伤程度。

叶片过POD酶活性测定参照愈创木酚法（刘萍等，2007）[5]，熏蒸前后计算单位面积POD活性。过氧化物酶活性[U（g-1·min-1）]=ΔA470×VT/W×VS×0.01×t。式中，ΔA470为反应时间内OD变化值;VT为提取酶液总体积（mL）；W为植物鲜重（g）；Vs为测定时取用酶液体积（mL）；t为反应时间（min）。

（1）将植物叶片进行研磨。

（2）按照组织质量（g）：提取液体积（mL）为1：5～10的比例（建议称取约0.1g组织，加入1mL提取液），进行冰浴匀浆。8000g4℃离心10min，取上清，置冰上待测。

（3）分光光度计预热30min以上，调节波长至470nm，蒸馏水调零。

（4）在1mL玻璃比色皿中按顺序用试剂枪加入上述试剂，立即混匀并计时，记录470nm下30s时的吸光值A1和1min30s后的吸光值A2。计算ΔA=A2-A1。

2.3.6微生物生长量

微生物测量采取了两种方法：

（1）OD600：分光光度计调整波长至600nm。用微生物培养液清洗玻璃比色皿后取微生物培养液加入比色皿中到约四分之三处，放入分光光度计测量。

（2）菌落计数法：将菌体挑至无菌水中，均匀打散；用血细胞计数板检测微生物的数量。反应微生物生长量和受损程度结论与分析。

3.实验结果

本实验共设置八组，进行添加甲醛处理。其中五组为实验组。此外，为消除无关因素对甲醛浓度的影响，我们又设立了空白组与培养液组。实验开始前，将20μl的甲醛溶液注入密封箱。实验中在玻璃箱内放入定时风扇，保证实验结束前的气体流动。实验期间甲醛箱被胶带密封，实验数据记录后开箱开窗，等待甲醛散完后依以上流程进行下一组实验。

熏蒸箱温度控制在20-25℃，室内光照条件（光照强度2.47～6.08μmol·m-2·s-1）。用移液枪通过检测孔注入20μL甲醛溶液，滴入提前贴在箱壁的滤纸上，立即封闭检测孔，开启风扇使甲醛挥发，30分钟后待甲醛完全挥发后，用甲醛测定仪测定检测各箱体中的甲醛气体含量，记录甲醛前测值。植物放入熏蒸箱12h后检测箱内甲醛气体含量，记录甲醛后测值。熏气12h后取出植物，取生长正常的成熟叶片进行生理指标的测定。在实验前分别测定植物叶面积、气孔数量、POD酶活性和微生物的OD600，实验后再次测定POD酶活性和微生物的OD600。

3.1三种室内观赏植物与微生物协同处理对甲醛净化能力的比较

图1结果表明，1至5组中植物与微生物培养液均对甲醛有吸收作用，其中铜绿假单胞菌培养液对甲醛的吸收作用强于酵母菌培养液。综合来看，植物对甲醛的净化作用由强到弱依次为绿萝，吊兰，常春藤。

对甲醛变化量的分析：根据以上实验数据，我们发现植物组和培养液组都始终有一定的单独吸收甲醛能力，综合培养液对实验结果的影响，相比于铜绿假单胞菌，酵母菌吸收甲醛更加稳定。植物与微生物的组合中，部分甲醛吸收能力提升效果较明显，少数组则表现为互相抑制。绿萝与酵母菌组中甲醛含量相对下降更多，可见二者协同净化甲醛作用更显著。

此外我们还进行了12h植物单位叶面积吸收甲醛量的分析。综合图1与表2中的数据，12h植物单位叶面积吸收甲醛量最强的室内植物是绿萝，其次是吊兰，常春藤吸收甲醛的能力最弱。

3.2甲醛对微生物生长的影响

研究表明，相比铜绿假单胞菌，酵母菌吸收甲醛的能力更为稳定。实验将进一步探究甲醛对于两种微生物的生长的影响。我们以微生物生长量和OD600作为微生物生长的指标，并对其进行了测定。

经过对实验前后微生物数量的变化分析，我们发现添加甲醛组（3、4组）实验后微生物数量均降低，可见甲醛减少了微生物生长量，对微生物有损害作用。排除极端数据后，对表3分析可知，相比于铜绿假单胞菌，酵母菌受甲醛影响更为明显。植物与酵母菌协同处理组的酵母菌在实验前后数量变化幅度不定，铜绿假单胞菌组中甲醛含量相对下降不明显，可见植物可以保护铜绿假单胞菌或帮助其吸收甲醛。

3.3甲醛对植物生长的影响

甲醛对植物的生长有何影响呢？为此，我们进行了植物生长的测定。氧化物酶（POD）可反映植物代谢水平[6]，可指示甲醛对植物的损伤程度。

通过对POD酶变化量的分析发现：植物对甲醛的敏感程度从大到小依次为常春藤>绿萝>吊兰，酵母菌能使吊兰pod酶活性上升，铜绿假单胞菌却降低了其对甲醛的敏感程度。考虑到实验误差等因素，综合来看，两组微生物均对植物对甲醛的敏感程度起提升作用，绿萝受微生物影响最大。

为进一步研究甲醛对植物生长的影响，我们进行了植物叶片气孔密度分析。结果表明，常春藤具有最高的气孔密度，绿萝其次，约为常春藤的二分之一以下，吊兰气孔密度相对较少，但与绿萝相差不大。

综上，植物和培养液都能独自吸收甲醛，而将植物和微生物综合起来会使效果变得不那么稳定。综合各项数据的结果，我们发现如果要选择搬家后快速处理甲醛，可以选择少量酵母菌搭配绿萝的方式。因为研究中的微生物均对植物对甲醛的敏感程度起提升作用，而同时绿萝受微生物影响最大，pod酶活性快速提升，最能提高其能力，其自身也具有稳定的吸收甲醛能力。而另一方面，植物对酵母菌除甲醛也有促进作用，这样就达成了一个双向的良性循环。我们也认为，在材料不变的情况下，可增高培养液的占比，因为培养液具有稳定的吸收甲醛能力，更能保证吸收甲醛的速率和质量。这种方式相比于单独放置植物或微生物效果更好，更迅捷，也相对稳定。

4.讨论

我们研究中最重要的发现是植物和培养液都能独自吸收甲醛，而将植物和微生物综合起来会使效果变得不那么稳定。这个发现能够为后续植物净化甲醛的相关研究提供新的研究思路，可以为现在的室内除甲醛提供可选的方法。不过我们的发现也有局限性，本实验仅仅探究并对比了三种植物和两种微生物分别协同作用的净化能力，并没有对过多的植物类型进行研究，但是针对这个局限性问题我们也做出了应对的措施。那就是我们挑选了几种已知具有净化甲醛能力且能力较强的植物或微生物进行深入探究，这样可以使我们在有限的实验进程中找到最有价值的研究结果。后续研究或许可以将微生物接种到植物体内再次进行除甲醛能力检测，并且与本实验的结果进行比较，从而得出最佳净化效果所应具备的条件。

通讯作者：钱礼超

参考文献：

[1]安雪，李霞，潘会堂，等，2010.16种室内观赏植物对甲醛净化效果及生理生化变化[J].生态环境学报，19（2）：379-384.

[2]程文好，孙启志，侯建国.室内甲醛污染及其治理措施[J].江西化工，2017，（3）：33-35.

[3]耿孝恒，刘鑫.5种绿色植物对甲醛的吸收能力模拟试验研究[J].安全与环境工程，2012，19（2）：23-25.

[4]贺辉，彭其安.室内观赏植物对甲醛的吸收及抗逆效果研究[J].广西植物，2019，39（6）：737-742.

[5]胡晓玲，康德英.室内空气中甲醛污染及其变化规律探讨[J].现代预防医学，2003（3）：328-329.

[6]康志娟.室内甲醛污染净化的研究[D].石家庄：河北科技大学，2011.

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