研究新发现 植物对PM2.5等细颗粒物的吸附能力
近年来PM2.5等细颗粒物污染成为了公众关注的焦点，来自天津大学遗传工程研究所等处的研究人员就此分析了京津冀地区种植的部分植物对灰霾空气中 PM2.5 等细颗粒物的吸附能力, 并进一步探索了植物吸收同化灰霾空气中 PM2.5 等细颗粒物的分子机制, 研究了玉米吸收空气中的氮氧化合物经同化作用合成自身所需物质的相关代谢途径及基因表达情况。
从2013年1月6日以来，连续的高污染空气在我国大范围弥漫, 京津冀地区有 5次强霾污染。美国《财富》杂志指出, 这是对中国高能耗增长模式的“死刑宣判”, 20 世纪四五十年代洛杉矶光化学烟雾污染事件造成 800 多人丧生, 1952 年, 伦敦烟雾事件有 12000 人丧生。目前, 干净的空气已经成为奢侈品, 研究降低空气污染迫在眉睫。
绿色植物和江河湖泊等水域是PM2.5 等细颗粒物的克星, 灰霾天气多在冬季危害严重, 在中国北方的冬天, 冰封河川, 多数植物枯萎, 污染物排放量大, 静稳天气、扩散条件不利, 空气中的浮尘、汽车尾气和丰富的水汽, 以及含氮有机物、氮氧化物和二氧化硫等相互反应共同产生了灰霾天气, 严重影响了人们的正常生活及健康情况。PM2.5 等细颗粒物可通过肺泡进入血液循环, 对心血管系统危害严重, 引发一系列疾病, 甚至可以致癌。
在这篇文章中，研究人员通过对京津冀地区园林绿化植物的大量筛选, 研究了优势植物氮代谢途径的基因表达情况, 对相关植物进行了分析, 提出有益于净化空气中PM2.5等细颗粒物植物种类, 并提供了改良植物提高吸附污染物能力的方法。
研究人员发现雾霾严重的冬季冬绿植物凤尾兰吸附细颗粒物质能力最强, 单位面积附尘量比大叶黄杨高4.4倍, 鲜重比大叶黄杨多吸附近2倍, 干重多吸附2.8倍, 但是, 从叶片数目观察,大叶黄杨的叶片数明显占有优势。
并且研究人员还进一步探索了植物吸收同化灰霾空气中 PM2.5 等细颗粒物的分子机制, 研究了玉米吸收空气中的氮氧化合物经同化作用合成自身所需物质的相关代谢途径及基因表达情况, 发现玉米杂种后代 F1与亲本相比有 6 个基因在吸收 NOx后的相关代谢途径中上调, 杂种优势育种符合这一定向选择, 可以提高植物叶片表面积、提高氮代谢能力,是提高植物对灰霾空气中 PM2.5 等细颗粒物吸附的有效方法, 对降低灰霾空气中对人体毒害大的 NOx具有非常重要意义。
文章指出，探索植物吸收同化灰霾空气中 PM2.5 等细颗粒物的机制, 尤其是对人体毒害很大的 NOx 吸收同化分子机理非常重要。中国近期灰霾空气中检出了大量含氮有机颗粒物, 这是导致800多人死亡的洛杉矶光化学烟雾的主要成分之一, 植物吸收是净化空气的有效途径, 如果通过育种可提高植物对二氧化氮等氮氧化合物、二氧化硫等的吸收和利用效率, 将会有效降低空气污染. 可是如何选择、 培育 PM2.5 等空气污染物吸附性绿化植物? 这是还没有涉及的问题。
从理想角度考虑, 提高叶片表面积、提升固氮能力有助于吸收同化灰霾空气中NOx, 而杂种优势育种符合这一定向选择. 玉米 F1 杂种后代优势体现在叶片变大、植株高大、高产等, 其氮代谢能力明显高于亲本自交系, 利用玉米作为模式植物, 做了F1和父母本 3 个转录组对 NOx 代谢相关途径及基因表达进行分析, 结果表明, 杂种后代F1的氮代谢相关途径中有个基因表达上调, 说明通过优势育种可以提高植物对空气中氮氧化合物吸收的定向改良。
选择吸附 PM2.5 等细颗粒物的绿化植物, 最大的挑战是具有可持续的吸尘性, 即易于对吸附性污染物去除、清洁操作, 这对植物要求不能太高, 通过对适合于京津冀地区种植的乔灌木植物进行分析, 初步筛选出大叶片的玉米、月季, 以及冬绿植物凤尾兰、大叶黄杨、女贞、龙柏等, 这类植物的大面积推广种植, 有利于降低空气污染。
