尖叶拟船叶藓耐脱水生理生态适应性机制研究

As pioneer plants in the ecosystem succession, bryophytes possess an extreme adaptability on dehydration/rehydration. And the ability of moss is one of the key problems of plant physiological ecology. However, what is the essential eco-physiological factor of desiccation tolerance in bryophytes? And why several bryophytes species were obviously restricted by moisture habitat? In order to elucidate these two questions, we fetch two moist moss (Dolichomitriopsis diversiformis and Plagiomnium acutum) that distribute in different range as our materials to study the different physiogical occurance. In this study, we will detect (1) morphological variation of cellular and subcellular structures, (2) physiological aleration of oxygen metabolism, respiration, photosynthesis, (3) prestored mRNA, and (4) basic metabolic profiling. Basing on these, we try to establish a model for desiccatoin toletance assessing and explore the natural mechanism of the ability to adapt the dry/wet transforming in moss plants. Then, we can establiosh a prelimilary explanation on the adaptive strategy of ancient terrestrial plant in dry land. Also, we can find out the vital cellular physiological factor that influence the moisture adaption the authentic endangered reason of D. diversiformis.

作为生态系统演替中的先锋植物，藓类植物的耐受脱水与复水的能力是植物生理生态的关键问题之一。不同藓类适应脱水/复水极端水分环境的关键的生理生态因子是什么？为何有的藓类受水分条件限制分布范围十分狭窄？本项目以濒危藓类尖叶拟船叶藓和同为湿生藓类的广布种湿地匐灯藓的对比为研究模型，研究不同脱水和复水条件下2种藓类脱水耐性相关因子变化的差异。以不同脱水与复水过程中（1）形态适应（含细胞与亚细胞形态），（2）生理适应（含氧代谢、呼吸、光合），（3）预存mRNA，（4）基础代谢轮廓的变化为主要研究内容，建立脱水耐性生理生态的综合评价模型，探讨藓类植物脱水耐性的本质是什么。同时，以该模型所解释的关键机制建立脱水耐性与藓类植物生态适应性的关系。从而初步解析陆生植物登陆初期的适应策略，揭示陆生生态系统最初演替的可能机制。同时，解决尖叶拟船叶藓受水分条件限制而产生濒危的真正原因。

项目利用不同脱水与复水处理下尖叶拟船叶藓（Dolichomitriopsis diversiformis）和湿地匐灯藓（Plagiomnium acutum）为材料，确立了以饱和吸水为对照，脱水30/60/120min和复水30/60/120min为主要处理的对比研究体系。主要研究脱水与复水过程中，2种藓类在形态变化、生理变化和基础代谢轮廓变化等进一步拓展了对藓类植物耐脱水生理生态适应性的理解，并从这一理解探讨了尖叶拟船叶藓分布狭窄的真正原因。.脱水与复水过程中两种藓类拟叶细胞形态和叶绿体完整性等的研究结果表明剧烈水分胁迫导致的伤害主要体现在质壁分离程度与叶绿体损伤，明确了脱水与复水伤害的初始靶标细胞器是叶绿体，其伤害最终体现为细胞壁的空泡化，即发生细胞死亡。.光合荧光响应和抗氧化系统的研究结果提示，两种藓类植物叶绿体的脱水与复水损伤与水分含量和光照强度有关。超出光化学反应需要的抑制光强将引起的光合电子传递发生电子漏，并产生氧化胁迫。同时，这种氧化胁迫是其细胞内损伤的主要来源。尖叶拟船叶藓光系统能适应的抑制光强明显偏低，同时作为保护机制的叶黄素循环热耗散能力明显偏弱，干燥和快速复水状态下更为明显，故而可以认为这就是其分布狭窄的主要原因。.脱水耐性相关物质的生理变化研究结果表明，非还原性糖/还原性糖比例和脂肪酸的不饱和度变化对于藓类植物脱水耐性非常重要。提示脱水玻璃化状态的维持和细胞膜流动性的维持对于藓类植物耐脱水生理生态适应性有重要作用。尖叶拟船叶藓在脱水与复水过程中的脂肪酸饱和度恢复困难体现了其耐受氧化胁迫的局限性，也是其分布狭窄的重要原因。.代谢组学测定与生物信息学分析的结果则进一步证实了糖类、脂类和特殊蛋白质是藓类植物耐脱水生理生态适应性的物质基础，但氨基酸等有机酸含量变化的重要性则可能更加重要，提示了藓类植物在耐脱水玻璃化状态形成中可能更加依赖氨基酸的调节功能。代谢组的研究结果还表明ABC超家族转运子和Ca2+的变化的作用也值得重视。