胡 浩， 王 娟

(陕西省西安植物园/陕西省植物研究所，陕西 西安 710061)

苔藓植物在地球上分布极为广泛，全球约有2.3万余种，我国分布有2 000余种[1]，许多苔藓能够耐受极端的自然环境，干旱地区的苔藓植物资源抗逆性更强，是脆弱生境修复的关键物种，可用于荒漠和生境退化地区的植物生态系统修复。刘润等[2]研究发现，在干旱地区撒播耐旱型苔藓，能够加速形成土壤生物结皮，促进戈壁荒漠地区植被的恢复与生态重建。

苔藓植物在漫长的进化过中为了适应干旱环境，形成了特殊的形态结构，许多苔藓植物通过卷曲叶片或改变叶片方向减少水分损失[3]。部分苔藓植物叶片的毛状叶尖能通过减少入射光而有效减少水分蒸发[4]。苔藓叶片上凸起的疣可反射紫外辐射，有利于植物叶片内部的水分传导，促进苔藓表皮细胞的水分吸收[5]。苔藓植物还能耐受极端的干旱胁迫，并在复水后仍能正常生长。在干旱环境中，苔藓植物会与土壤以相同的速度丧失水分，但能耐受脱水和干旱，随着环境变旱可迅速降低体内含水量，进入休眠状态以维持生存[6]；如果环境水分增加，苔藓植物会迅速吸收水分，恢复正常的生理代谢活动。耐旱能力极强的苔藓植物在含水量降至干重的10%～20%时仍能存活，雨季来临之后代谢活动恢复正常[7]；干旱胁迫下土生苔藓的配子体在60～90 min内丧失20%的水分，而在复水之后的60～90 s内恢复所失水分[8]。

耐旱型苔藓植物在我国西北地区分布广泛，从中筛选耐旱型苔藓种质并开展其耐旱机理研究，对苔藓植物的保护和开发利用具有重要意义[1，5]。鉴于此，以大灰藓、白发藓和细叶小羽藓为研究材料，通过人工模拟干旱并进行生理指标检测，定量评价不同苔藓对干旱胁迫的耐受程度，然后再进行充分复水，测定不同苔藓恢复活力的程度和速度，以期为耐旱型苔藓在干旱区植被恢复与生态重建应用提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 材料

1.1.1 苔藓 大灰藓(Hypnumplumaeforme)、白发藓(Leucobryumglaucum)和细叶小羽藓(Haplocladiummicrophyllum)，采自陕西省安康市石泉县。

1.1.2 试剂 Hoagland营养液、PEG溶液、丙酮-乙醇混合液(V/V为2∶1)，市购。

1.1.3 栽培基质 为草炭土与种植土按6∶4(V/V)混合而成。

1.2 方法

1.2.1 材料预处理 将3种苔藓植物带回人工温室，用栽培基质栽种于恒温25℃的人工环境中，采用室内自然光线环境进行培养、备用。

1.2.2 试验设计

1) 干旱胁迫对3种苔藓植物生理指标的影响。将3种苔藓植物材料清洗干净后，在Hoagland营养液中缓苗培养2 d。然后将实验材料浸入20 PEG溶液中模拟干旱胁迫进行试验。每种参试苔藓植物6块，每块面积40 cm2，5个重复，分别于0 h、6 h、12 h、18 h、24 h和30 h测定植物的叶绿素含量、脯氨酸、丙二醛(MDA)、可溶性蛋白、相对电导率、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)。

2) 复水处理对3种苔藓植物生理指标的影响。为了进一步探讨干旱胁迫30 h后苔藓植物的生命力及恢复情况，在解除干旱胁迫后，将3种苔藓植物进行复水处理，复水时将苔藓植物材料浸入Hogland营养液中，每种处理1块，3次重复，于充分复水处理30 h后，测定叶绿素和丙二醛含量。

1.2.3 指标测定 叶绿素含量采用丙酮-乙醇混合液提取比色法测定[9]，丙二醛含量采用硫代巴比妥酸比色法测定，游离脯氨酸用磺基水杨酸硏磨提取比色法测定，可溶性蛋白含量参照李合生等[9]的方法测定，细胞质膜透性测定参照王宇超等[10]的方法测定，过氧化物酶活性用愈创木酚法，超氧化物歧化酶活性采用氮蓝四唑(NBT)法测定[11]，过氧化氢酶活性参照杨兰芳等[12]的方法测定。

1.3 数据统计与分析

采用SPSS 19.0对数据进行处理及相关性分析。

2 结果与分析

2.1 干旱胁迫3种苔藓植物生理指标的变化

从图1看出，干旱胁迫下，3种苔藓植物的生理指标均有不同程度的变化。

2.1.1 叶绿素 干旱胁迫下，随处理时间延长3种苔藓植物叶绿素含量均呈逐渐下降趋势，其中在干旱胁迫的最初6 h内3种苔藓植物的叶绿素含量缓慢下降；在干旱胁迫6～24 h，白发藓和细叶小羽藓叶绿素含量逐渐降低，且白发藓叶绿素含量的下降幅度大于细叶小羽藓；在24～30 h，白发藓的叶绿素含量趋于稳定，而细叶小羽藓叶绿素含量继续降低；大灰藓叶绿素含量较稳定，在6～30 h其含量无显著变化。

2.1.2 脯氨酸 干旱胁迫下，3种苔藓植物的脯氨酸含量变化趋势各不相同。其中，白发藓和细叶小羽藓的脯氨酸含量在0～18 h开始逐渐增加，二者脯氨酸含量分别增加13.44%和37.26%；在18～30 h，白发藓脯氨酸含量逐渐增加，细叶小羽藓脯氨酸含量逐渐降低，其含量在30 h时仍较胁迫前高26.91%；在0～30 h，大灰藓的脯氨酸含量较稳定，无显著变化。

2.1.3 丙二醛 干旱胁迫下，随处理时间延长3种苔藓植物的MDA含量变化趋势存在差异。其中，在干旱胁迫0～6 h，大灰藓和细叶小羽藓的MDA含量呈下降趋势，而白发藓呈增加趋势；在6～30 h，大灰藓和小白发藓的MDA含量呈逐渐增加趋势，分别增加215.23%和48.37%，但细叶小羽藓的MDA含量变化呈先增后减再增趋势，即在6～18 h逐渐增加，18～24 h略有降低，24～30 h又升高，其在30 h时MDA含量较初始时增加37.14%。总体看，3种苔藓植物的MDA含量均呈增加趋势。

2.1.4 可溶性蛋白 干旱胁迫下，在0～24 h，白发藓和大灰藓可溶性蛋白含量逐渐增加，分别增加30.70%和35.71%；在24～30 h，二者含量降低，但仍较初始时提高12.86%和23.81%。细叶小羽藓可溶性蛋白含量变化趋势与白发藓和大灰藓不同，其可溶性蛋白含量在0～18 h逐渐降低，在18～24 h有所增加，随后逐渐降低；其在干旱胁迫30 h后，可溶性蛋白含量较初始时显著降低34.56%。

2.1.5 相对电导率 干旱胁迫下，0～30 h白发藓和细叶小羽藓的相对电导率逐渐增加，其中细叶小羽藓的增幅较大，较初始时显著增加112.55%；白发藓的增幅较小，且在24～30 h逐渐趋于稳定，但整个过程其显著增加(51.95%)。0～30 h大灰藓的相对电导率较为稳定，无明显变化趋势，但在30 h时其含量仍然较初始时增加10.39%。

2.1.6 过氧化物酶活性 干旱胁迫下，3种苔藓植物的过氧化物酶(SOD)活性整体呈逐渐降低趋势，但不同时段其活性变化有所不同。在0～12 h，3种苔藓SOD活性均呈下降趋势，其中细叶小羽藓的下降趋势最显著，大灰藓和白发藓的变化较平缓。在12～18 h，大灰藓和白发藓的SOD活性较为稳定。在18～24 h，大灰藓的SOD活性显著降低，其余2种苔藓植物的SOD活性的变化较平缓。在30 h时，大灰藓、白发藓和细叶小羽藓的SOD活性分别较初始时降低43.49%、42.99%和68.96%。

2.1.7 过氧化物酶活性 干旱胁迫下，3种苔藓植物的过氧化物酶(POD)活性变化不同，其中，细叶小羽藓的POD活性逐渐降低，且不同胁迫时段的趋势均一致。大灰藓的POD活性在0～6 h显著增加，在6～18 h逐渐降低，随后在18～24 h逐渐增加，并在24～30 h保持稳定。白发藓的POD活性在0～6 h缓慢降低，在6～18 h逐渐增加，随后在18～24 h显著降低，并在24～30 h阶段有所增加。

2.2 复水后3种苔藓植物生理指标的变化

从图2看出，胁迫复水后，3种苔藓植物的叶绿素和丙二醛(MDA)含量均有不同程度的变化。叶绿素，胁迫复水后，大灰藓叶绿素含量增加17.37%，而白发藓和细叶小羽藓叶绿素含量分别减少13.14%和17.09%。丙二醛，复水后，3种苔藓植物的丙二醛含量均有所降低，但是其降幅存在差异。其中，白发藓的降幅最大，降低28.76%；其次为大灰藓，降低11.97%；细叶小羽藓仅降低2.42%。

3 结论与讨论

干旱胁迫使植物形成特殊的生理代谢机制，并产生特殊的形态结构以减少失水，逐渐适应干旱环境[13]，部分植物通过减小叶表面积或改变叶片方向以减少水分蒸发[14]。SEEL等[15]研究发现，耐旱型苔藓植物外部水分运动主要集中在叶片的毛细管内，以及干绒毛假根和叶片表面系统的突起上。细胞外的毛细管空间和叶片的凹部积累的水分最多。进一步观察发现，大灰藓叶片具有疣状突起，白发藓和细叶小羽藓的叶片上也有少量突起，此特征有利于苔藓植物减少水分蒸发[16]。此外，植物还可通过气孔调节和渗透调节等措施耐受干旱胁迫，或改变叶绿素、游离脯氨酸、丙二醛等含量和酶活性以提高植物对干旱环境的耐受能力。

研究表明，干旱胁迫后，3种苔藓植物叶绿素含量均呈下降趋势，其中大灰藓降幅最小，为29.44%，白发藓降幅最大，为50.24%。在充分复水30 h后，大灰藓的叶绿素含量明显上升，而白发藓和细叶小羽藓的叶绿素含量却降低。说明，30 h的水分亏缺已对其叶绿素合成系统产生不可逆伤害；3种苔藓中白发藓和细叶小羽藓对水分胁迫更为敏感，且干旱产生的伤害并不能通过复水逆转。

渗透调节对于植物的耐旱性具有重要意义[15]，脯氨酸含量与植物耐旱性呈显著正相关，即耐旱性强的植物其脯氨酸含量更高。也有研究认为，二者并无直接关系，如小麦[17]、大豆[18]和高粱[19]等耐旱植物在干旱胁迫下脯氨酸含量并无显著增加。研究表明，干旱胁迫下白发藓积累的脯氨酸含量最多，其含量变化为185.22～243.42 μg/g，其次为细叶小羽藓，其脯氨酸含量变化为110.32～151.42 μg/g，而大灰藓积累的脯氨酸含量相对较少，为33.71～40.47 μg/g。由此看出，耐旱性较强的大灰藓脯氨酸含量最低，且含量变化较小；耐旱性较弱的白发藓和细叶小羽藓脯氨酸含量更高，且变化较大。

植物细胞膜系统是干旱胁迫的直接受害器官，干旱胁迫下膜的伤害与膜脂过氧化增强有关。有研究发现，MDA含量的增加不仅可以反映膜脂过氧化程度，也可以间接反映植物耐旱能力[20]。研究表明，干旱胁迫下3种苔藓中大灰藓的 MDA增长率最大，为116.34%，而脯氨酸和电导率的变化最小，分别为9.65%和10.39%。复水后3种苔藓的MDA含量不同程度降低，白发藓的MDA含量显著降低，细叶小羽藓含量降低但不显著。说明，白发藓和大灰藓耐旱性较强，细叶小羽藓耐旱性较弱。

干旱胁迫下不同苔藓的不同生理指标变化不同，白发藓在受到水分胁迫时，可溶性蛋白含量相对稳定，大灰藓的可溶性蛋白含量显著增加23.80%，而细叶小羽藓的可溶性蛋白含量显著降低34.56%。在干旱胁迫下不同时段的含量并无显著差异。其中，大灰藓和白发藓在干旱胁迫过程中可溶性蛋白含量呈缓慢增加再降低趋势，细叶小羽藓则呈显著降低趋势，说明前二者的耐旱性相对较强。

植物受到干旱协迫时其细胞中活性氧自由基增加，为清除这些活性氧，植物会产生酶促活性氧自由基清除系统[21]。研究表明，SOD和POD等保护酶活性随干旱胁迫时间的延长而降低。大灰藓和白发藓在干旱胁迫下，2种酶活性的变化较为平缓，但细叶小羽藓的酶活性变化极显著。说明，大灰藓和白发藓的耐旱性更强，细叶小羽藓的耐旱性相对更弱。植物对干旱胁迫的耐受性受多因素影响，其不同生理指标在水分胁迫下的反应不同，可依据植物生理指标变化评价植物耐旱性。本试验结合干旱和复水后测定的指标分析发现，白发藓耐旱性较强，其次为大灰藓，细叶小羽藓的耐旱性弱。