摘要：以长期硅胶干旱的东亚砂藓（Racomitrium japonicum Dozy & Molk）、毛尖紫萼藓（Grimmia pilifera P.Beauv.）和山墙藓（Tortula ruralis Gaertn）3种藓类植物为材料，选取不同的时间梯度分别进行复水处理，测定相对水分含量、丙二醛含量、游离脯氨酸含量、可溶性蛋白量、可溶性糖含量、过氧化物酶活性等6项生理指标。结果表明，东亚砂藓的渗透调节物质修复-补偿能力较强，毛尖紫萼藓的抗氧化修复能力较强，山墙藓的保水能力较强；试验中所测的6种生理指标从一定程度上反映出3种藓类植物具有不同于其他植物的特殊抗旱生理机制。
关键词：东亚砂藓；毛尖紫萼藓；山墙藓；复水；抗旱生理特性
中图分类号： Q945.78文献标志码： A文章编号：1002-1302（2014）09-0329-03
水分是影响植物生长的主要因素之一，水分的亏缺对植物生长发育的影响远远超过盐胁迫和重金属胁迫，具体表现在植物的相对水分含量下降、可溶性糖含量积累等诸多方面[1]。因此，对植物水分胁迫的研究多集中在干旱时期，而对胁迫后复水时期的研究则不是很多，且研究大多集中在植物体处于干旱状态的生理特征和生化机制方面[2-4]，很少关注植物体在复水过程中的生理生化变化。研究植物体在旱后复水的生理特征的变化能够较为全面地诠释植物的伤害-修复-补偿的生理生化机制[5-6]，同时为其他生物学领域提供宝贵的植物学理论基础。苔藓植物是一种最简单、最原始的高等植物，植物体体型微小，内部结构简单，缺乏维管组织，没有根系系统和内部传导系统的分化，但却具有较强的耐旱能力[7]。国外对苔藓的干旱生理响应和抗旱机理的研究源于20世纪70年代，并对不同的苔藓进行了较为详实的比较研究，已经深入到分子水平[8-10]，而国内对于苔藓植物这方面的研究尚处于起步阶段，关于旱后复水的研究较为少见[11]。本研究通过对硅胶干旱处理的东亚砂藓（Racomitrium japonicum Dozy & Molk）、毛尖紫萼藓（Grimmia pilifera P.Beauv.）和山墙藓（Tortula ruralis Gaertn）进行复水处理，研究其生理特征变化，综合评价这3种植物的伤害-修复-补偿能力。
1材料与方法
1.1试验材料
东亚砂藓和毛尖紫萼藓采集于五大连池老黑山石龙岩石上、山墙藓采集于内蒙古白音敖包沙地云杉下。标本保存于齐齐哈尔大学生命科学与农林学院遗传工程重点实验室。
1.2试验方法
1.2.1旱后复水处理方法对采集后的东亚砂藓、毛尖紫萼藓和山墙藓植物用硅胶干燥处理半年以上，选取干旱水平一致的材料进行复水处理，浇灌足量的去离子水，3 min内即可吸水饱和，用滤纸拭去表面水分，分别转入3组玻璃培养皿中，用停表开始计时，以便在不同的时间点进行取材。
1.2.2试验取材在复水处理0.5 h、8 h、1 d、3 d、5 d、7 d、10 d后，分别选取每组材料中长势一致的茎叶材料3份，每份净质量0.3 g，备用。
1.2.3测定方法丙二醛含量采用硫代巴比妥酸法[12]，过氧化物酶活性的测定采用愈创木酚法[13]，游离脯氨酸含量的测定采用磺基水杨酸法[14]，可溶性蛋白含量的测定采用考马斯亮蓝（Bradford）G250结合法[15]，可溶性总糖的测定采用蒽酮比色法[16]，相对水分含量用水势测定仪测定。
1.2.4试验数据处理所有生理指标均重复测3次，选取相应数据取平均值。采用SPSS 20.0进行数据分析及单因素方差分析，用Excel 2007作图。
2结果与分析
2.1旱后复水对3种藓类的相对水分含量的影响
相对水分含量（relative water content，RWC）常被用来衡量植物在受到水分胁迫的伤害程度，是植物旱后复水的直接生理指标之一。旱后复水处理后的3种藓类的RWC变化趋势如图1所示。在复水之前，3种藓类的相对水分含量处于极低水平（RWC<5%）；在复水之后，3种藓类的相对水分含量恢复到较高水平（RWC>75%）；随着复水天数的增加，3种藓类的相对水分含量略有下降。东亚砂藓和毛尖紫萼藓在复水10 d之后，仍能维持一定的水分含量（RWC≥35%），山墙藓则维持在中等水平（RWC≥55%），3种均高于自然生境干旱水平（RWC=20%）。
2.2旱后复水对3种藓类的丙二醛含量的影响
丙二醛（malondialdehyde，MDA） 常被用来衡量植物细胞内膜脂过氧化程度，是反映膜系统受损程度的重要指标[17]。在干旱时期，3种藓类的MDA含量都处于较高水平（>06 μmol/g），而在复水之后，1 d之内MDA均表现出先下降后上升的趋势，在1～5 d则表现出下降的趋势，7 d之后略有升高（图2）。方差分析表明， 东亚砂藓处理之间差异
极显著（F=10.363，P<0.01），毛尖紫萼藓处理之间差异显著（F=3.528，P<0.05），山墙藓处理之间差异极显著（F=12596，P<0.01）。
2.3旱后复水对3种藓类的过氧化物酶活性的影响
过氧化物酶（peroxidase，POD）是植物的重要氧化还原酶，具有消除过氧化氢和酚类、胺类毒性的双重作用，是植物修复机制的主要反应[18]。在复水之前，3种藓类的POD活性均处于较低的水平（POD<10 U）；在复水之后，东亚砂藓和毛尖紫萼藓在8 h之前，呈现上升趋势，山墙藓则在1 d之前呈现上升趋势；东亚砂藓和山墙藓类在1 d之后，POD活性呈现基本平稳的状态，而毛尖紫萼藓则在7 d之后有所上升（图3）。方差分析表明，东亚砂藓处理之间差异极显著（F=24509，P<0.01），毛尖紫萼藓处理之间差异极显著（F=44945，P<001），山墙藓处理之间差异极显著（F=8.710，P<0.01）。
2.4旱后复水对3种藓类的游离脯氨酸含量的影响
游离脯氨酸（proline，Pro）广泛分布于植物体内，在稳定细胞大分子结构、降低细胞酸性、解除氨毒以及作为能量库渗透调节细胞氧化还原势等方面起重要作用[19]。复水之前，东亚砂藓和毛尖紫萼藓的游离脯氨酸含量较低，分别为363、6.73 μg/g；山墙藓的含量则较高，为18.41 μg/g。复水过程中，东亚砂藓和毛尖紫萼藓的游离脯氨酸含量显著上升，在复水后8 h时均达到干旱对照组的3倍左右；东亚砂藓的最大值出现在复水后3 d，是干旱对照组的6.7倍；毛尖紫萼藓的含量在复水1 d以后降低并趋于平稳；山墙藓的含量则在复水之后明显下降，只有在8 h～1 d时间段出现了3.7 μg/g左右的较高值，3 d以后含量则趋于平稳，7 d 含量最低，仅为0.523 9 μg/g（图4）。方差分析表明，东亚砂藓处理之间差异极显著（F=29.292，P<0.01），毛尖紫萼藓处理之间差异极显著（F=13.789，P<0.01），山墙藓处理之间差异极显著（F=5400，P<0.01）。
2.5旱后复水对3种藓类的可溶性蛋白含量的影响
可溶性蛋白是植物体内可以小分子状态溶于水的蛋白，其中某些功能蛋白数量的提高，会直接增加细胞渗透浓度，有助于维持细胞正常代谢[20]。复水之前，3种藓类的可溶性蛋白含量都处于高位；复水之后，3种藓类的可溶性蛋白含量都有所下降，其中在复水3 d时，东亚砂藓和毛尖紫萼藓出现了最低值，分别为13.57、11.23 μg/g，而山墙藓则出现了最高值38.73 μg/g（图5）。方差分析表明，东亚砂藓处理之间差异显著（F=4.075，P<0.05），毛尖紫萼藓处理之间差异显著（F=4.351，P<0.05），山墙藓处理之间差异显著（F=3.970，P<0.05）。
2.6旱后复水对3种藓类的可溶性总糖含量的影响
可溶性总糖是植物体内重要的能量储存、转移介质，结构物质和功能分子，对于维持细胞的膨压，调节细胞膜内外渗透势，稳定细胞质膜结构有着重要作用[21]。复水之前，3种藓类的可溶性糖含量均处于较高水平，其中东亚砂藓和毛尖紫萼藓处于400～500 μg/g水平，山墙藓处于200 μg/g水平；复水之后，东亚砂藓在0.5 h出现了超过干旱对照组的最高值，为435.84 μg/g，毛尖紫萼藓和山墙藓则均低于干旱对照组（图6）。方差分析表明，东亚砂藓处理之间差异极显著（F=8.250，P<0.01），毛尖紫萼藓处理之间差异极显著（F=17917，P<0.01），山墙藓处理之间差异极显著（F=53.920，P<0.01）。
3讨论与结论
在多种植物的复水研究中显示，相对水分含量是最直接反映植物在胁迫之后的修复水平指标[22-24]。本研究表明，在复水之后，3种藓类都能迅速地吸收水分，达到75%水平的高含量；在复水1 d之后，发现山墙藓的保水能力强于另外2种藓类，东亚砂藓和毛尖紫萼藓之间无明显差异。
丙二醛作为 O-2· 引发的膜脂过氧化的最终产物，是一种具有细胞毒性的物质，能与膜结构上的蛋白质和酶结合、 交联而使之失去活性，从而破坏膜结构[25]；因此，丙二醛是反映细胞膜脂过氧化作用强弱和质膜破坏程度的重要指标，也是反映干旱胁迫对植物造成伤害的重要参数。当细胞受到干旱胁迫时，细胞膜发生氧化分解，丙二醛大量积累，复水后，丙二醛含量会随之发生改变[26]。本研究表明，长时间干旱胁迫加速了这3种藓类植物叶片的老化，使得植物体内清除氧自由基的平衡遭到严重破坏，从而使丙二醛迅速积累。在复水过程中，东亚砂藓丙二醛的含量表现为先急剧下降，而后逐渐上升并趋稳的趋势；毛尖紫萼藓始终处于波动状态；山墙藓在急剧下降后直接趋于平稳。东亚砂藓和山墙藓在复水后，表现出对胁迫很明显的补偿效应；毛尖紫萼藓在复水1、3 d表现出高于干旱对照组的峰值，这可能是由于在长时间重度干旱胁迫的前提下， O-2· 大量积累于毛尖紫萼藓植物体内不能及时去除，导致去 O-2· 过程中丙二醛积累过多所致。毛尖紫萼藓和另外2种藓类的抗氧化修复机制有着明显的差异。
POD是植物体内去除 O-2· 自由基的重要保护酶，植物体在受到外界不利环境的胁迫和良好的环境改善的修复-补偿过程中，其含量都会发生明显变化，其含量的升高与 O-2· 自由基的积累成正比[27]。本研究表明，长时间的干旱胁迫抑制了3种藓类植物的酶活性，打破POD调节细胞内氧化-还原的平衡体系，加速植物细胞的衰老；在复水之后，POD活性迅速升高，东亚砂藓和毛尖紫萼藓在8 h时达到极高活性，山墙藓在1 d左右达到高活性，这说明这3种藓类植物在不同的复水时期均表现出重构氧化-还原的平衡体系，是对重度干旱的必要的修复和补偿。从旱后复水时间周期上看，毛尖紫萼藓的POD活性均高于同期其他2种藓类，说明毛尖紫萼藓在正常生长时期的抗氧化能力要比另外2种藓类植物强。
脯氨酸是植物蛋白质的主要组成部分，当植物受到干旱胁迫时，Pro可作为渗透剂参与植物的渗透调节作用，因此，干旱胁迫会导致植物体内Pro含量积累增加[28]。本研究表明，长时间的干旱胁迫之后，东亚砂藓和毛尖紫萼藓的Pro含量较低，山墙藓Pro含量较高；在复水之后，短周期内东亚砂藓和毛尖紫萼藓明显出现补偿机制，山墙藓则出现了特殊的“反补偿”趋势。在较长复水周期里，东亚砂藓的Pro含量变化较另外2种植物明显，这说明其与另外2种藓类的修复-补偿过程有差异。
可溶性蛋白和可溶性糖都是植物体内重要的渗透调节物质，2者之间有动态转换的关系。2者的大量积累，可以降低细胞的渗透势，从而抵御外界干旱对植物体的伤害，维持植物的新陈代谢[29]。本研究表明，长时间的干旱胁迫之后，3种藓类植物的这2种渗透调节物质都有大量的积累，其中山墙藓的可溶性蛋白积累最多，可溶性糖积累较少，符合2种渗透调节物质的互补性调节关系；在复水之后，除了东亚砂藓的可溶性糖在0.5 h出现了“补偿”现象外，其他时期3种藓植物类的2种渗透调节物质均表现出下降的趋势，这与渗透调节物质的积累与吸水程度成反比相符。
通过伤害-修复-补偿这个过程，综合评价这3种藓类植物，东亚砂藓的渗透调节物质的修复-补偿能力强于毛尖紫萼藓和山墙藓，毛尖紫萼藓的抗氧化修复能力强于东亚砂藓和山墙藓，山墙藓的保水能力强于东亚砂藓和毛尖紫萼藓。
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