全 文 ：第 34 卷第 23 期
2014年 12月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.34,No.23
Dec.,2014
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:国家自然科学基金项目(30470181, 31360062); 湖南省教育厅优秀青年项目(09B082); 湖南省重点学科建设项目(JSU0713Z11); 湖
南省高校科技创新团队支持计划(201208Z02)
收稿日期:2013鄄03鄄06; 摇 摇 网络出版日期:2014鄄03鄄18
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: dna_rna_pro@ 126.com
DOI: 10.5846 / stxb201303060358
杜晓濛,李菁,田向荣,李朝阳,李鹄鸣.尖叶拟船叶藓光系统域光合荧光特性、活性氧代谢与耐脱水生理生态适应的关系.生态学报,2014,34
(23):6807鄄6816.
Du X M, Li J, Tian X R, Li Z Y, Li H M.Influence of dehydration and rehydration on photosynthetic chlorophyll characteristics and reactive oxygen species
metabolism in Dolichomitriopsis diversiformis.Acta Ecologica Sinica,2014,34(23):6807鄄6816.
尖叶拟船叶藓光系统域光合荧光特性、活性氧代谢与
耐脱水生理生态适应的关系
杜晓濛1,李摇 菁1, 2,田向荣1, 2,*,李朝阳1,李鹄鸣1,2
(1. 湖南吉首大学生物资源与环境科学学院, 吉首摇 416000; 2. 植物资源保护与利用湖南省高校重点实验室, 吉首摇 416000)
摘要:以广布湿生藓类———湿地匐灯藓 ( Plagiomnium acutum) 为比较材料,研究东亚特有濒危植物尖叶拟船叶藓
(Dolichomitriopsis diversiformis) 在不同快速脱水和复水胁迫下 PS域的叶绿素光合荧光变化和活性氧代谢及抗氧化系统变化,探
讨两种藓类生理生态适应性差异的成因,以初步确定尖叶拟船叶藓受水分条件限制分布狭窄趋于濒危的原因。 结果显示:(1)
尖叶拟船叶藓的光合电子传递在脱水后可被极微弱光完全抑制,其抑制光强的恢复明显慢于湿地匐灯藓;其 PS域最大光化学
效率(Fv / Fm)和实际光化学量子效率(Y域)先降而后升,恢复较慢;光化学淬灭(qP)复水后恢复较快,非光化学淬灭(NPQ)的
绝对值和变化速率则始终低于湿地匐灯藓。 (2)尖叶拟船叶藓活性氧水平明显高于湿地匐灯藓;其 SOD、CAT、APX 等抗氧化
系统酶活性整体变化幅度较大,抗氧化保护物质(AsA)含量则明显低于湿地匐灯藓。 以上结果表明尖叶拟船叶藓受到环境水
分因子限制的原因主要有:(1)PS域的反应中心色素(P680)对脱水伤害较为敏感;(2)复水修复过程中抗氧化保护系统的保护
能力偏低。
关键词:尖叶拟船叶藓; 湿地匐灯藓; 生态适应性; 脱水与复水; PS域光合荧光; 氧代谢
Influence of dehydration and rehydration on photosynthetic chlorophyll
characteristics and reactive oxygen species metabolism in Dolichomitriopsis
diversiformis
DU Xiaomeng1, LI Jing1,2, TIAN Xiangrong1,2,*, LI Zhaoyang1, LI Huming1,2
1 School of Biology and Environmental Science, Jishou University, Jishou 416000, China
2 Key Laboratory of Plant Resources Conservation and Utilization, College of Hunan Province, Jishou 416000, China
Abstract: Dolichomitriopsis diversiformis, an endangered moss species which is unique to East Asia, is now distributed in a
very narrow area. From our early field investigation of its habitat, we found that the species is restricted by moisture content
of atmosphere and growth matrix. In order to disclose the endangered mechanism of D. diversiformis under water stress, and
to elucidate eco鄄physiological differences of bryophytes in similar humidity habitat, Plagiomnium acutum, a widespread
species was selected to compare with D. diversiformis. Therefore, their photosynthetic chlorophyll characteristics of
phtosystem 域 (PS域), such as electron transport rate (ETR)鄄 photosynthetic available radiation (PAR) curves, maximal
photochemical efficiency(Fv / Fm), photosystem quantum yielding (Y(域)), photochemical qunching ( qP) and non鄄
photochemical qunching (NPQ) were detected by PAM 2500 and IMAGING PAM. Furthermore, metabolism of reactive
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oxygen species ( superoxide anion and hydrogen peroxide), activities of antioxidative enzymes ( superoxide dismutase
(SOD), catalase (CAT) and ascorbate peroxidase (APX)) and content of ascorbic acid (ASA) in the two moss species
during desiccation and rehydration were determined in our studies. Results of ETR鄄PAR curve indicated that desiccation
reduced the inhibitory light density of both species; but when water content recovered, the inhibitory light density restored
to normal status. Compared with P. acutum, ETR of D. diversiformis was blocked completely by very weak light density after
60 min dehydration and recovered much more slowly in rehydration. And the results of other PS域 chlorophyll fluorescence
characters also gave similar evidences. Fv / Fm and Y域 of both bryophytes were decreased under desiccation and then
increased in rehydraion, but the value of D. diversiformis declined more quickly during desiccation and recovered more
slowly in rehydration. That is to say, photosynthetic electron transport of PS域 in D. diversiformis can be not only reduced by
water loss but also destroyed completely by deep desiccation. Meanwhile, variation of qP and NPQ of both species
manifested an interesting occurance. qP of D. diversiformis declined more quickly than P. acutum in desiccation and returned
to normal condition much more quickly than that of P. acutum. In other words, photosynthetic reaction which is represented
by photochemical qunching is protected primarily in D. diversiformis. But photochemical quenching restoration would bring
out more production of reactive oxygen species. Otherwise, though NPQ of both species increased in desiccation and
decrease in rehydration, yet the absolute value of D. diversiformis maintained a relative low level. These results suggested
that the photo鄄protective mechanism supported by xanthophyll cycle in D. diversiformis should be weaker than in P. acutum.
All these results indicate that PS域 of D. diversiformis, especially reaction central pigment ( P680) is more sensitive to
dehydration than P. acutum. Results of reactive oxygen species metabolism showed that absolute value of superoxide anion
production and hydrogen peroxide content in D. diversiformis were significantly higher than in P. acutum. Furthermore,
though anti鄄oxidative enzymes, such as SOD, CAT, APX also increased similar of reactive oxygen species under
desiccation, yet their activities in D. diversiformis decreased more quickly in rehydration. In conclusion, the sensitivity of
photosystem 域 and the low efficiency of antioxidative system in rehydration are probably two major eco鄄physiological
restricting factors of D. diversiformis narrow distribution.
Key Words: Dolichomitriopsis diversiformis; Plagiomnium acutum; ecological adaptation; dehydration and rehydration;
PS域 photosynthetic chlorophyll; oxygen metabolism
摇 摇 自 20 世纪 70 年代以来,以山墙藓 ( Tortula
ruralis)等为材料的研究证实藓类植物具有极强的脱
水耐性[1鄄3], 其典型的变水(poikilohydric)特性使它
们能够在特殊生境(如极度干旱地区)和特殊基质
(如维管植物叶面)生长,其特殊的生理机制使其具
有极强的适应干旱环境的能力[4]。 而藓类植物体内
的水分关系及耐受能力决定了其种群的分布范围和
生存能力,即湿生藓类耐旱性较弱,干旱环境下生长
的藓类具有较强的耐旱性。 此种生理生态适应性一
方面与其栖息地水势变化息息相关,另一方面则与
生理代谢途径的不同密不可分[5]。
然而即使长期生活在同样干旱或湿润环境下的
不同藓属,其脱水耐受能力和生理生化响应也存在
一定差别。 国内对沙漠结皮藓类,如刺叶赤藓
(Syntrichia caninervis Mitt) 和土生对齿藓(Didymodon
vinealis)的系列研究业已证明同为干旱区藓类其耐
受性存在明显差距[6鄄11], 其中对土生对齿藓
(Didymodon vinealis) 与结皮共生的真藓 ( Bryum
argenteum)进行光合特性分析发现两种藓类光合特
性在脱水过程中差异明显[11]。 而 Minibayeva 和
Beckett的研究也指出湿润环境下生长的不同藓类在
产生氧迸发(oxidative burst)和抗氧化能力方面仍存
在明显差异[12]。
尖叶拟船叶藓(Dolichomitriopsis diversiformis)系
船叶藓科(Lembophyllaceae)拟船叶藓属植物,为东
亚特有种,数量少,且分布狭窄。 以往研究发现水分
条件是限制其分布的主要因子之一[13]。 由于环境
日益干旱,在自然和人为因素的双重影响下,其天然
种群不断衰减,分布范围越来越窄,濒临灭绝[14]。
为保护这一濒危物种,本研究试图以广布湿生藓
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类—湿地匐灯藓(Plagiomnium acutum)为比较材料,
从生理生态学角度探讨变水下尖叶拟船叶藓叶绿素
光合荧光作用、氧代谢及其保护系统酶活性的变化
与生态适应的关系。
1摇 材料和方法
1.1摇 实验材料
供实验的尖叶拟船叶藓采自贵州省梵净山海拔
1680米的常叶阔叶林内[15],湿地匐灯藓采自湖南省
吉首市西郊德夯风景区小溪畔,材料采集后在室温
下以自然光源作保湿培养。
1.2摇 实验方法
选择硅胶快速脱水法作为本实验脱水方式和方
法[16]。 以未经处理为对比,脱水时间梯度分别为 30
min(D30)、60 min(D60)、120 min(D120)、240 min
(D240);脱水不同时间后,将干燥的藓类放置用湿
滤纸覆盖的培养皿中进行复水处理,复水时间梯度
为 30 min(R30)、60 min(R60)、120 min(R120)、240
min(R240)。
1.2.1摇 含水量的测定
以干重为基础计算含水量,单位为 g H2O / g 干
重。 每个处理时间点进行 3次重复[17]。
1.2.2摇 PS域叶绿素荧光参数测定
用 PAM鄄 2500 便携式调制叶绿素荧光仪和
IMAGING鄄PAM 叶绿素荧光成像仪(WALZ,德国)分
别绘制不同脱水与复水处理下的荧光光响应曲线
(ETR鄄PAR)和荧光成像图,并测定最大光化学效率
(Fv / Fm)、光化学量子效率 Y(域)、光化学猝灭系数
(qP)、非光化学猝灭系数 ( NPQ)等叶绿素荧光
参数[18]。
1.2.3摇 活性氧的测定
超氧阴离子自由基(O-2 )产生速率采用羟胺氧
化法测定,以 nmol min-1 g-1干重来表示[19]。 过氧化
氢(H2O2)含量采用 TiCl4络合离子分光光度法测定,
含量以 滋mol / g 干重来表示[20]。
1.2.4摇 抗氧化系统酶和非酶测定
超氧化物歧化酶(SOD)活性以抑制 0.1 个吸收
值为 1U, 过氧化氢酶(CAT)活性以每 min光吸收值
减少 0.1为 1U[21]。 抗坏血酸过氧化物酶(APX)以
每 min光吸收值减少 0.1为 1U[22]。 抗坏血酸(AsA)
含量以 mg / g 干重来表示[23]。 蛋白质含量以牛血清
蛋白为标准[24]。
1.2.5摇 数据统计分析
采用 Excel2003和 SPSS 13. 0 进行均值、标准差
和差异显著性分析。
2摇 结果与分析
2.1摇 脱水与复水过程中尖叶拟船叶藓和湿地匐灯
藓含水量的变化
脱水与复水过程中两种藓类植物含水量变化剧
烈(表 1)。 正常情况下,两种藓类的含水量均保持
高水平,而 D240 时其含水量均迅速下降至最低值,
均降至低于 0.05 g H2O / g 干重以下,但 D60 以后含
水量再无显著差别(P>0.05)。 脱水后迅速复水过程
中,两种藓类植物的含水量均能迅速恢复,R120 时
基本接近对照水平,无论绝对值和变化幅度变化并
无明显差别(P>0.05)。
表 1摇 脱水与复水过程中尖叶拟船叶藓与湿地匐灯藓的含水量(g H2O / g 干重)变化
Table 1摇 Alternation of moisture content in D. diversiformis and P. acutum during dehydration and rehydration
藓类植物
Bryophyta
脱水 / min
Dehydration
复水 Rehydration / min
0 30 60 120 240
湿地匐灯藓 0 4.818依0.227aC 4.853依0.203aC 4.858依0.186aD 4.862依0.175aB 4.857依0.224aB
P. acutum 30 0.599依0.023aB 4.761依0.067bC 4.402依0.309bC 4.269依0.369bA 4.690依0.334bA
60 0.075依0.003aA 4.244依0.324bBC 4.663依0.105bD 4.283依0.238bB 4.099依0.366bA
120 0.063依0.007aA 3.298依0.112bA 3.823依0.083bcB 4.465依0.202bAB 3.942依0.088bcA
240 0.054依0.007aA 3.457依0.363bA 3.751依0.182bB 4.273依0.584cB 3.825依0.339bcA
尖叶拟船叶藓 0 10.092依0.421aC 10.123依0.321bD 10.137依0.226bcB 10.087依0.135cB 10.111依0.146cB
D. diversiformis 30 0.313依0.124aB 7.424依0.014bB 8.670依0.197cA 9.464依0.128dAB 10.085依0.340dB
60 0.112依0.029aA 9.055依0.348bC 9.060依0.290bA 9.227依0.309bcA 9.430依0.337cA
120 0.070依0.005aA 8.754依0.317bC 9.179依0.186bAB 9.239依0.310bcAB 9.768依0.061cAB
240 0.029依0.007aA 6.295依0.411bA 8.662依0.522cA 9.407依0.202dAB 9.839依0.310dAB
摇 摇 不同大写字母表示各脱水下组间的差异显著性,不同小写字母表示各复水下组间差异显著性(P<0.05)
9086摇 23期 摇 摇 摇 杜晓濛摇 等:尖叶拟船叶藓光系统域光合荧光特性、活性氧代谢与耐脱水生理生态适应的关系 摇
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摇 摇 同时,两种藓类植物含水量的差异明显(表 1),
尖叶拟船叶藓和湿地匐灯藓两种藓类的含水量分别
为 10.092 g H2O / g 干重和 4.818 g H2O / g 干重。 虽
然同为湿生藓类,但前者的含水量为后者的 2.09倍。
由表 1还可知两种藓类植物的控水能力差异也较明
显。 尖叶拟船叶藓的失水和复水幅度都比湿地匐灯
藓大。 脱水过程中,D120 时尖叶拟船叶藓的含水量
为对照的 0.70%,而湿地匐灯藓则为其对照的 1.3%,
是湿地匐灯藓的 1.7倍。 复水过程中,无论脱水程度
如何,尖叶拟船叶藓在 R60时,含水量可恢复到其对
照含水量的 90%上下,而湿地匐灯藓均须在 R120后
才达到其对照的 90%上下,后者明显慢于前者。
2.2摇 PS域荧光光响应曲线(ETR鄄PAR)
脱水胁迫加剧过程中,尖叶拟船叶藓的抑制光
强迅速降低,从对照的 1375 滋mol m-2 s-1,下降到
D30时 105 滋mol m-2 s-1,D60 时极微弱光也能造成
抑制;相反,湿地匐灯藓在 D30 时的抑制光强仍达
249 滋mol m-2 s-1(图 1)。 两种藓类在正常条件下所
能达到的光合电子传递速率(ETR)都接近 50滋mol
m-2 s-1,D30时尖叶拟船叶藓 ETR 仅为 5 滋mol m-2
s-1,D60时,ETR 已无法检测;而湿地匐灯藓 D60 时
仍可以达到 10 滋mol m-2 s-1(图 1)。 复水后,两种藓
类的抑制光强和 ETR 均逐渐恢复,抑制光强恢复迅
速,R120时均可都恢复到正常水平。 说明含水量较
低时 PS域的光电转换能力会下降,而复水后可逐渐
恢复。
图 1摇 脱水与复水过程中尖叶拟船叶藓与湿地匐灯藓的叶绿素荧光光响应曲线
Fig. 1 摇 Electron transport rate ( ETR) 鄄photosynthetic available radiation ( PAR) curves of D. diversiformis and P. acutum during
dehydration and rehydration
control为无脱水对照,D30为脱水 30min,D60为脱水 60min,R30为复水 30min,R60为复水 60min,R120为复水 120min
2.3摇 脱水与复水过程中尖叶拟船叶藓和湿地匐灯
藓 PS域叶绿素荧光参数变化
2.3.1摇 Fv / Fm荧光成像整体变化
尖叶拟船叶藓(图 2 A—F)和湿地匐灯藓(图 2
a—f)在脱水过程中荧光逐渐暗淡,株体收缩、卷曲,
从蓝变绿至黄,表示 Fv / Fm 逐渐减小;复水过程中,
叶片张开,荧光逐渐恢复亮度,蓝色面积逐渐增大,
表示 Fv / Fm逐渐增大。 脱水过程中,尖叶拟船叶藓
Fv / Fm低于湿地匐灯藓,R30 时湿地匐灯藓已大面
积恢复蓝色,而尖叶拟船叶藓仅有局部恢复绿色,至
R120时,湿地匐灯藓已完全恢复蓝色,而尖叶拟船
叶藓仅有部分区域恢复蓝色,表示从整体上看尖叶
拟船叶藓在复水过程中 Fv / Fm 的恢复进程明显慢
于湿地匐灯藓。
2.3.2摇 最大光化学效率(Fv / Fm)和光化学量子效率
Y(域)
脱水与复水过程中两种藓类的 Fv / Fm 值与含
水量变化的趋势一致,呈先降后升的趋势(图 3)。
尖叶拟船叶藓 D60达到最低值 0.202,较正常水平下
降了 68%;而复水 R120 时 Fv / Fm值仅为 0.51,仍未
恢复到正常水平。 湿地匐灯藓 Fv / Fm 同比明显高
于尖叶拟船叶藓。 Y(域)值的变化与 Fv / Fm值的走
势相似(图 3),其中尖叶拟船叶藓 D60 时值达到最
低,比对照下降了 92.4%,与对照组相比差异显著
(P<0.05),复水至 R120 仍未恢复到原有水平。 说
明尖叶拟船叶藓由于 PS域受损,光合效能恢复
较慢。
2.3.3摇 光化学淬灭(qP)和非光化学淬灭(NPQ)
随着脱水时间的延长,尖叶拟船叶藓的 qP 值迅
速下降,由对照的 0.658降到 D60时的 0.282(图 3)。
其中 D30与 D60 并无显著差异(P>0.05),可认为
D30时即已基本降至稳定的低值。 复水后 qP 迅速
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恢复,R30 时已恢复到原有水平。 湿地匐灯藓变化
幅度明显小于尖叶拟船叶藓。 NPQ 值的变化与 qP
值变化相反(图 3),其中尖叶拟船叶藓 D60 时 NPQ
最大值才 0. 486,为对照的 2 倍多。 复水过程中,
NPQ迅速下降,D30 后与对照的水平已基本无差别
(P > 0. 05)。 而湿地匐灯藓 D60 最大值达到为
0郾 835,整个脱水和复水过程 NPQ 都要高于尖叶拟
船叶藓。 说明脱水胁迫下湿地匐灯藓可以更多地依
靠热耗散能力来保护其光合机构,而尖叶拟船叶藓
的此种光合机构保护能力则相对较弱。
图 2摇 脱水与复水过程中尖叶拟船叶藓(A—F)与湿地匐灯藓(a—f)Fv / Fm荧光成像整体变化
Fig.2摇 Alternation of whole phytolon Fv / Fm in D. diversiformis(A—F)and P. acutum (a—f)during dehydration and rehydration
A—F: 尖叶拟船叶藓,a—f: 湿地匐灯藓;(A) control: 无脱水对照; (B) D30: 脱水 30min; (C) D60: 脱水 60min; (D) R30: 复水 30min;
(E) R60: 复水 60min; (F) R120: 复水 120min; (a) control: 无脱水对照; (b) D30: 脱水 30min; (b) D60: 脱水 60min; (d) R30: 复水
30min; (e) R60: 复水 60min; (f) R120: 复水 120min
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图 3摇 快速脱水与复水过程中尖叶拟船叶藓与湿地匐灯藓最大光化学效率、光化学量子效率、 光化学淬灭和 非光化学淬灭的变化
Fig.3摇 Alternation of Fv / Fm (maximal photochemical efficiency), Y(域) ( photosystem 域quantum yielding) , qP ( photochemical qunching)
and NPQ (non鄄photochemical qunching) in D. diversiformis and P. acutum during dehydration and rehydration
control: 无脱水对照,D30: 脱水 30min,D60: 脱水 60min,R30: 复水 30min,R60: 复水 60min,R120: 复水 120min; 不同大、小写母表示各脱
水和复水时间在 0.05水平存在显著性差异(P<0.05),*表示相同脱水复水处理下不同藓种间差异的显著性(*表示 P<0.05,**表示 P<
0.01)
2.4摇 脱水与复水过程中尖叶拟船叶藓和湿地匐灯
藓活性氧代谢的变化
2.4.1摇 活性氧自由基
脱水与复水过程中,两种藓类的活性氧都随着
含水量下降而产生和加剧积累,而含水量上升时又
缓解。 其中 D60时尖叶拟船叶藓超氧阴离子自由基
(O-2)产生速率达到了(16.95依0.371) nmol min
-1 g-1
干重,为正常水平的 3.6倍;R60后,其回复到(7.30依
1.255) nmol min-1 g-1干重,基本恢复恢复到正常水
平(P>0.05)(图 4)。 湿地匐灯藓 O-2 产生速率始终
要明显低于尖叶拟船叶藓。 两种藓类的 H2O2含量
的变化与 O-2 产生速率的趋势一致,只是在复水过程
中尖叶拟船叶藓 H2O2分解速率略慢(图 5)。 说明尖
叶拟船叶藓的活性氧代谢对失水更为敏感,通过大
量氧迸发诱导更强大的抗氧化系统来减少膜脂过
氧化。
2.4.2摇 抗氧化酶活性的变化
活性氧的变化诱导两种藓类的 SOD、CAT、APX
活性均表现相同走势。 其中尖叶拟船叶藓 SOD活性
在 D60 达到最大值 202. 1 U / mg protein,较最初的
71郾 2 U / mg protein上升了 2.8倍;R30 时活性则下降
到 20 U / mg protein,复水后随时间延长,SOD 酶活性
差异并不显著,但低于对照原有水平(图 5)。 CAT
和 APX 活性分别在 D60 min 时出现最大值 2.7 U /
mg protein和 3.0 U / mg protein,而复水过程中,CAT
和 APX虽然在 R30 min时恢复到与对照无显著差别
水平(P>0.05),但随着复水时间延长,其活性明显下
降,且尖叶拟船叶藓始终低于湿地匐灯藓(图 5)。
说明相对水分充沛小生境的尖叶拟船叶藓的抗氧化
酶系统反应更为敏感。
2.4.3摇 抗坏血酸(AsA)含量
正常情况下,湿地匐灯藓的 AsA 含量 ( 2. 694
mg / g 干重)比尖叶拟船叶藓(1.189 mg / g 干重)高出
50%(图 5)。 快速脱水与复水过程中,虽然两种藓类
AsA含量呈现一致变化趋势,但尖叶拟船叶藓的
AsA含量大都低于湿地匐灯藓近 1 倍。 在 D30 时湿
地匐灯藓比对照下降了 71%,而尖叶拟船叶藓的下
降幅度则不足 48%;复水过程中,尖叶拟船叶藓在
R30时即已恢复到原有对照水平,而湿地匐灯藓则
到 R120时才恢复到与对照一致的水平。 而尖叶拟
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船叶藓的 AsA含量始终低于湿地匐灯藓,说明其由
SOD歧化产生的多余 H2O2的清除可能更多依赖于
酶促系统。
图 4摇 快速脱水与复水过程中尖叶拟船叶藓与湿地匐灯藓超氧阴离子产生速率和 H2O2含量的变化
Fig.4摇 Alternation of super oxygen radical (O-2 ) reproduction rate and hydrogen peroxide (H2 O2 ) content in D. diversiformis and P.
acutum during dehydration and rehydration
control: 无脱水对照,D30:脱水 30min,D60:脱水 60min,R30:复水 30min,R60:复水 60min,R120:复水 120min;不同大、小写母表示各脱水
和复水时间在 0.05水平存在显著性差异(P<0.05),*表示相同脱水复水处理下不同藓种间差异的显著性(*表示 P<0.05,**表示 P<
0郾 01)
图 5摇 快速脱水与复水过程中尖叶拟船叶藓与湿地匐灯藓超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、抗坏血酸过氧化物酶活性和抗坏血酸含量的变化
Fig.5摇 Alternation of superoxide dismutase ( SOD), catalase (CAT), ascorbate peroxidase (APX) activities and ascorbic acid ( ASA)
content in D. diversiformis and P. acutum during dehydration and rehydration
control: 无脱水对照,D30: 脱水 30min,D60: 脱水 60min,R30: 复水 30min,R60: 复水 60min,R120: 复水 120min; 不同大小写母表示各脱水
和复水时间在 0.05水平存在显著性差异(P<0.05),*表示相同脱水复水处理下不同藓种间差异的显著性(*表示 P<0.05,**表示 P<
0郾 01)
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3摇 讨论与结论
3.1摇 含水量
藓类植物剧烈的变温和变水效应说明了其具有
超强的脱水耐性[25]。 本文的含水量实验结果表明
尖叶拟船叶藓和湿地匐灯藓均具备一定的耐旱能
力,而胁迫下保水能力的不同是造成两种藓类含水
量变化的主要原因[2]。 根据本文结果,不难看出尖
叶拟船叶藓的正常含水量要明显高于湿地匐灯藓,
换言之,其对环境水分的要求要高于湿地匐灯藓。
同时,在脱水与复水的变水过程中,尖叶拟船叶藓更
易失水也更易得水,说明保水能力要明显弱于湿地
匐灯藓。
3.2摇 光合荧光特性
对不同大气温度、藓体含水量及光照条件下尖
叶拟船叶藓光合速率研究中,我们已发现光合速率
与光照强度、大气温度及藓体含水量之间关系密切,
其在 230温度和含水量影响的灵敏度最大[13]。 而叶绿素光
合荧光特性与活性氧代谢的实验结果为揭示光合机
构及其所承载的光合电子传递在水分代谢过程中的
生理特征提供了更为充足的直接证据。
ETR反映实际光强条件下的表观电子传递速
率,以其与有效辐照(PAR)建立的荧光光响应曲线
可以很好的说明植物光合速率及光系统光电转换效
率[26]。 本文 ETR鄄PAR的变化很好地说明了尖叶拟
船叶藓 PS域对脱水胁迫较为敏感,表现在脱水过程
中抑制光强和电子传递速率的快速下降[27],即使复
水至 R120时尖叶拟船叶藓 ETR 的绝对值仍仅有对
照水平 50%,暗示其 PS域的捕光复合体修复要快于
PS域中心色素,即尖叶拟船叶藓 PS域的反应中心色
素(P680)可能是其受脱水损伤的主要部位。
Fv / Fm和 Y(域)反映 PS域反应中心的光能转
换效率,其变化可直接体现植物受胁迫的情况,qP
则表示光合速率快慢与光合碳同化等光合化学反应
密切相关[28]。 本文中 Fv / Fm,Y(域)和 qP均呈现在
脱水时迅速下降,而在复水时渐次上升的趋势,说明
两种藓类的耐脱水能力主要体现在复水后的修复能
力[29]。 与湿地匐灯藓对比,尖叶拟船叶藓 Fv / Fm和
Y(域)在复水过程中恢复明显较慢,相反,其 qP 恢
复迅速和复水后的高水平则体现了对于光能分配中
优先光合碳同化[30]。 NPQ反应热耗散的变化,是保
护 PS域的重要机制,一般认为 PS域热耗散可能是通
过叶黄素循环来实现[31]。 脱水过程中 NPQ 的迅速
升高,说明尖叶拟船叶藓和湿地匐灯藓可以通过启
动热耗散来消耗掉过剩的光激发能,有利于其在脱
水伤害中为稳定 PS域[32]。 而结合尖叶拟船叶藓复
水后 Fv / Fm,Y(域)的缓慢上升与 qP / NPQ 的比例
迅速由 2颐8转换为 8颐2来看,能够说明尖叶拟船叶藓
复水过程中 NPQ 值低于湿地匐灯藓可能与其叶黄
素循环效能恢复较慢有关。
3.3摇 活性氧代谢与抗氧化系统酶活性
本文关于活性氧变化的研究结果说明脱水过程
中光合电子传递的障碍导致了 NPQ 的迅速上升和
ETR的急剧下降,同时也加速了单线态氧( 1O2)的产
生从而提高了 O-2 产生速率和 H2O2含量,进而形成
氧迸发 ( oxygen burst ) 甚至氧化胁迫 ( oxidative
stress) [33鄄34]。 同时,尖叶拟船叶藓在复水过程中仍
能迅速降低活性氧代谢并恢复至正常水平,说明尖
叶拟船叶藓内部的抗氧化系统能够有效清除活性
氧,降低膜损伤,保护光合电子传递链完整性。
SOD、CAT、APX是藓类植物体内清除自由基的
重要保护酶类,其中 SOD与 APX是叶绿体中主要的
O-2 和 H2O2清除酶,防止光合机构被破坏的另外一种
方式[35]。 尽管尖叶拟船叶藓和湿地匐灯藓随着脱
水下氧迸发的加剧,诱导 SOD、CAT 和 APX 抗氧化
酶活性明显升高。 但是相较于湿地匐灯藓,尖叶拟
船叶藓在复水过程中酶活性出现不同程度的波动和
下降,结合 Fv / Fm,Y(域)和 ETR的缓慢恢复的情况
来看,PS域机构恢复的缓慢可能与 SOD 活性在复水
过程中的紊乱状态有关。 AsA 是活性氧清除系统中
的非酶促部分,它们能为 APX 提供电子,清除氧自
由基,降低脂质过氧化作用[35]。 尖叶拟船叶藓始终
低于湿地匐灯藓的 AsA 含量,其通过非酶抗氧化系
统保护光系统的能力弱于湿地匐灯藓。
3.4摇 尖叶拟船叶藓受水分因子限制的生理生态原因
高等植物中的研究结果表明,光合作用的光抑
制直接导致光合器官的活性氧代谢紊乱[36],Pospisil
就认为光抑制所产生的单线态氧( 1 O2 )不仅会在
PS域光抑制过程中起到降解反应中心色素和捕光色
素,并致使其发生脱色的作用,而且可以通过转化为
O-2 来致使PS域反应中心的次级供体的快速失活,从
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而引起 D1蛋白的快速降解[37]。 因此光合机构对活
性氧的耐受能力和以抗氧化系统为代表的光保护机
制的强弱是决定相近生境藓类植物耐受能力的关键
因素。
通过将尖叶拟船叶藓与同为湿生藓类的湿地匐
灯藓进行光合荧光特性和抗氧化系统的比较,不难
看出尖叶拟船叶藓在光合机构稳定性和抗氧化能力
上均明显弱于湿地匐灯藓。 基于此,尖叶拟船叶藓
受到环境水分子限制的原因主要有两个 PS域的反
应中心色素(P680)对脱水伤害较为敏感;复水修复
过程中抗氧化保护系统的保护能力偏弱。 换言之,
尖叶拟船叶藓耐脱水光保护机制的匮乏及其抗氧化
系统的不完善可能是其面临濒危的主要生理因素。
基于广布湿生藓类湿地匐灯藓和尖叶拟船叶藓两种
湿生藓类的比较,以及与对湿度条件要求较低的金
发藓的比较[16],还可以认为,藓类植物对水分环境
的适应可能直接取决于光合机构的耐受性和抗氧化
系统能力的强弱。
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