鈾脅迫對(duì)不同苔蘚光合特性及礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)代謝的影響

鄧章軒，賴金龍,2，張 宇，羅學(xué)剛,2

（1.西南科技大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院，四川 綿陽(yáng) 621010；2.西南科技大學(xué)生物質(zhì)材料教育部工程研究中心，四川 綿陽(yáng) 621010）

【研究意義】核電行業(yè)的發(fā)展為我國(guó)國(guó)防和經(jīng)濟(jì)建設(shè)帶來(lái)巨大利益的同時(shí)，也留下了許多需要環(huán)境治理的鈾礦區(qū)。礦區(qū)土壤含鈾量和輻射量是一般土壤的幾十倍，容易通過(guò)雨水污染周邊環(huán)境，對(duì)動(dòng)植物生長(zhǎng)發(fā)育造成傷害[1-2]。生物修復(fù)技術(shù)由于操作性強(qiáng)、成本低廉且不會(huì)造成二次污染，被認(rèn)為是最具潛力的環(huán)境修復(fù)技術(shù)。但礦區(qū)環(huán)境存在水土流失、土層稀薄等問(wèn)題，難以滿足一般維管束植物的立地條件。苔蘚作為先鋒植物被廣泛用于惡劣環(huán)境的生態(tài)修復(fù)，研究苔蘚植物對(duì)鈾脅迫的生理響應(yīng)，篩選適用于鈾污染修復(fù)的苔蘚植物，提高生物修復(fù)效率，對(duì)改善和修復(fù)鈾礦區(qū)生態(tài)環(huán)境具有重要意義。

【前人研究進(jìn)展】鈾以鈾酰離子（UO22+）的化合形式與碳酸鹽、硫酸鹽等形成可溶化合物，被植物吸收后引起植物不同部位出現(xiàn)氧化應(yīng)激和細(xì)胞氧化還原失衡現(xiàn)象，導(dǎo)致植物葉片枯黃，生物量下降[3-4]。鈾脅迫會(huì)干擾植物的光合作用，葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)能反映植物受到鈾脅迫時(shí)光合系統(tǒng)中光能傳遞、利用和耗散等相關(guān)信息[5-6]。鄧聞楊等[7]通過(guò)鳳眼蓮的熒光生理特性變化研究微生物對(duì)鳳眼蓮鈾富集能力的影響；韓旭等[8]利用葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)研究鈾脅迫對(duì)兩種植物的光合系統(tǒng)的影響，以評(píng)價(jià)兩種植物對(duì)鈾脅迫的耐受性。此外，鈾脅迫能影響植物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)，擾亂植物的新陳代謝。研究表明，UO22+會(huì)與Ca2+搶奪細(xì)胞膜上結(jié)合位點(diǎn)，降低細(xì)胞膜上的穩(wěn)定性，改變礦質(zhì)元素的滲透性[9]，導(dǎo)致植物礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)代謝紊亂[10-11]。苔蘚植物體型矮小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，表面無(wú)角質(zhì)層覆蓋，對(duì)重金屬污染敏感，常被用于環(huán)境重金屬污染研究[12-14]。衣艷君等[15]研究發(fā)現(xiàn)Pb2+、Zn2+、Cd2+、Cu2+復(fù)合脅迫能抑制尖葉走燈蘚的最大光合效率（Fv/Fm），降低光合系統(tǒng)的電子傳遞速率和捕光能力。魏海英等[16]研究發(fā)現(xiàn)Pb、Cd脅迫會(huì)降低苔蘚植物葉綠素含量，并抑制苔蘚植物的K元素的吸收。苔蘚植物生命力強(qiáng)，能夠適應(yīng)惡劣的生長(zhǎng)環(huán)境[17-18]。研究表明，苔蘚植物對(duì)重金屬的富集能力強(qiáng)于地衣和維管植物[19]，可考慮作為鈾礦區(qū)環(huán)境污染的監(jiān)測(cè)和修復(fù)植物，然而目前關(guān)于苔蘚植物對(duì)鈾脅迫的生理響應(yīng)研究較少。

【本研究切入點(diǎn)】以灰蘚原變種（Hypnum cupressiformeL. ex Hedw. var.cupressiforme）、大羽蘚（Thuidium cymbifolium）和東亞砂蘚（Racomitrium japonicum） 3種苔蘚為試驗(yàn)材料，研究鈾脅迫對(duì)苔蘚植物的葉綠素?zé)晒馍硖匦院偷V質(zhì)元素積累的影響以及3種苔蘚對(duì)鈾的積累能力?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】為苔蘚植物用于修復(fù)和監(jiān)測(cè)環(huán)境鈾污染提供數(shù)據(jù)參考和科學(xué)依據(jù)，探究苔蘚植物用于鈾礦區(qū)環(huán)境修復(fù)的可行性。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2020年夏在西南科技大學(xué)生物質(zhì)材料教育部工程研究中心進(jìn)行。選用苔蘚品種為灰蘚原變種、大羽蘚和東亞砂蘚，均采自西南科技大學(xué)青義校區(qū)內(nèi)。苔蘚采回實(shí)驗(yàn)室后，挑除里面的雜草樹(shù)枝，用去離子水反復(fù)沖洗數(shù)次以去除表面雜質(zhì)，再將苔蘚放入霍格蘭營(yíng)養(yǎng)液中適應(yīng)培養(yǎng)3 d，最后挑選生長(zhǎng)狀態(tài)良好的苔蘚作為試驗(yàn)材料。

1.2 試驗(yàn)方法

以硝酸鈾?！睻O2（NO3）26H2O〕為鈾源，根據(jù)鈾脅迫對(duì)其他植物產(chǎn)生較強(qiáng)毒害作用的濃度[7,20]以及苔蘚植物對(duì)其他重金屬的耐受濃度[21-22]，設(shè)0、2.5、5、10、20 mg/L 5個(gè)鈾脅迫濃度處理，依次記為CK、T1、T2、T3、T4，每個(gè)處理3次重復(fù)。為避免鈾酰離子（UO22+）與磷酸鹽形成沉淀，試驗(yàn)選用改良Hoagland’s營(yíng)養(yǎng)液[23]。稱取適量硝酸鈾酰配制成相應(yīng)鈾濃度的營(yíng)養(yǎng)液，將苔蘚植物放置在含鈾營(yíng)養(yǎng)液中，光照培養(yǎng)72 h。設(shè)置培養(yǎng)箱溫度為25 ℃，濕度80%，光照周期為14 h∶10 h，光照強(qiáng)度為2 000 lx[24]。培養(yǎng)72 h后，用蒸餾水沖洗苔蘚3次，濾紙吸干表面水分，測(cè)其葉綠素含量、葉綠素?zé)晒鈪?shù)、鈾累積量以及礦質(zhì)元素含量。本試驗(yàn)所用藥劑均為分析純。

1.3 掃描電鏡和能譜分析

取3種苔蘚對(duì)照和鈾脅迫濃度20 mg/L處理的葉片，用蒸餾水沖洗后，用電鏡固定液固定24 h。將固定后的葉片用蒸餾水清洗數(shù)次，液氮快速冷凍，放入真空冷凍干燥機(jī)干燥。干燥后的苔蘚葉片噴金后，用場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡觀察并拍照[24]，用ImageJ 軟件測(cè)量葉片絨毛長(zhǎng)度。

1.4 葉綠素含量測(cè)定

稱取0.2000 g苔蘚樣品葉片，剪碎后放入研缽，加入95%乙醇5 mL和適量石英砂，研磨后定容至10 mL，用離心機(jī)3 000 r/min離心5 min，取上清液，用分光光度計(jì)在665、649 nm處測(cè)定吸光度值，計(jì)算葉綠素a（Chl a）、葉綠素b（Chl b）、總?cè)~綠素（Chl a+b）含量（g）及葉綠素a/b[25]。

式中，V為提取液體積（mL），W為植物鮮重（g）。

1.5 葉綠素?zé)晒鈪?shù)測(cè)定

葉綠素?zé)晒鈪?shù)采用MINI-PAM便攜式熒光測(cè)定儀測(cè)定。將樣品暗適應(yīng)20 min后，測(cè)其最大光化學(xué)量子產(chǎn)量Fv/Fm、光化學(xué)淬滅系數(shù)qP、非光化學(xué)淬滅系數(shù)qN、實(shí)際光化學(xué)量子產(chǎn)量Y（Ⅱ）[21]。

1.6 礦質(zhì)元素和鈾含量測(cè)定

將苔蘚樣品于105 ℃殺青后，置于85 ℃烘箱中烘干，然后用微型植物粉碎機(jī)粉碎，過(guò)0.075 mm篩后取0.1000 g樣品粉末，加9 mL HNO3和1 mL H2O2，用微波消解儀消解后用去離子水定容至50 mL，過(guò)濾后使用原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定礦質(zhì)元素含量[23]。稱取樣品粉末0.2000 g，放入制樣模具中，使用玻璃棒將樣品測(cè)試面平整，封口后用X射線熒光光譜分析儀測(cè)定U的含量[27]。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)使用DPS 7.05軟件進(jìn)行單因素方差分析和Tukey多重比較，采用Microsoft Excel 2007作圖，采用Adobe Illustrator CC 2019進(jìn)行圖片排版。

2 結(jié)果與分析

2.1 鈾脅迫對(duì)3種苔蘚葉綠素含量的影響

鈾脅迫對(duì)3種苔蘚植物葉綠素含量影響情況如表1所示。大羽蘚的葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素含量以及灰蘚原變種的葉綠素a含量在鈾脅迫濃度2.5 mg/L下發(fā)生顯著降低，東亞砂蘚的葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素含量在鈾脅迫濃度10 mg/L下發(fā)生顯著降低，說(shuō)明東亞砂蘚對(duì)鈾脅迫的耐受性強(qiáng)于灰蘚原變種和大羽蘚。當(dāng)鈾脅迫濃度升高至為20 mg/L，3種苔蘚的葉綠素含量均降到最低值，灰蘚原變種、大羽蘚和東亞砂蘚葉綠素a含量分別降低57.4%、72.1%、49.6%，葉綠素b含量分別降低40.9%、75.0%、49.4%，總?cè)~綠素含量分別降低50.7%、72.8%、49.5%。3種苔蘚中，大羽蘚的葉綠素含量降幅最大，首次出現(xiàn)顯著降低的脅迫濃度最低，說(shuō)明大羽蘚對(duì)鈾脅迫的敏感性最高，東亞砂蘚對(duì)鈾脅迫的耐受性最好。灰蘚原變種葉綠素a/b值在20 mg/L鈾脅迫下較對(duì)照顯著降低24.4%，說(shuō)明葉綠素a對(duì)鈾脅迫更敏感。

表1 鈾脅迫下3種苔蘚植物的葉綠素含量Table 1 Chlorophyll contents of three bryophytes under uranium stress

圖1 鈾脅迫對(duì)3種苔蘚植物葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響Fig. 1 Effects of uranium stress on chlorophyll fluorescence parameters of three bryophytes

2.2 鈾脅迫對(duì)3種苔蘚光合特性的影響

3種苔蘚的最大光化學(xué)量子產(chǎn)量Fv/Fm、有效量子產(chǎn)量Y（Ⅱ）、光化學(xué)淬滅系數(shù)（qP）和非光化學(xué)熒光淬滅系數(shù)qN對(duì)鈾脅迫的響應(yīng)如圖1所示。低濃度鈾脅迫（2.5 mg/L）下，3種苔蘚的Fv/Fm未出現(xiàn)顯著變化，東亞砂蘚的Y（Ⅱ）和qP及灰蘚原變種的qN出現(xiàn)顯著升高。當(dāng)鈾脅迫濃度升至10 mg/L時(shí)，灰蘚原變種的Y（Ⅱ）、qP和qN均出現(xiàn)顯著升高并達(dá)到最高值，大羽蘚的Y（Ⅱ）、qP和 qN則出現(xiàn)顯著降低。當(dāng)鈾脅迫濃度達(dá)到20 mg/L，灰蘚原變種的Fv/Fm、Y（Ⅱ）、qP和qN較鈾脅迫10 mg/L下皆有降低，大羽蘚的Fv/Fm、Y（Ⅱ）、qP和qN均出現(xiàn)顯著降低并達(dá)到最低值，東亞砂蘚的qN則出現(xiàn)顯著升高。說(shuō)明鈾脅迫對(duì)敏感性較高的苔蘚品種（大羽蘚）的葉綠素?zé)晒鈪?shù)均表現(xiàn)為抑制作用，耐受性較好的品種多表現(xiàn)為“低促高抑”，如灰蘚原變種的Y（Ⅱ）、qP、qN和東亞砂蘚的Y（Ⅱ）、qP。東亞砂蘚的Y（Ⅱ）和qP在低濃度鈾脅迫（2.5 mg/L）下出現(xiàn)顯著升高，F(xiàn)v/Fm和qN表現(xiàn)為無(wú)變化和顯著上升，因此不能確定東亞砂蘚對(duì)鈾脅迫的最高耐受濃度?；姨\原變種對(duì)鈾脅迫耐受的最高濃度為10 mg/L，大羽蘚對(duì)鈾脅迫的敏感性最高，鈾脅迫濃度≥5 mg/L部分葉綠素?zé)晒馍韰?shù)開(kāi)始出現(xiàn)顯著降低。

2.3 不同苔蘚鈾累積能力分析

掃描電鏡圖片（圖2）顯示，3種苔蘚的葉片表面均附著絨毛，表2顯示3種苔蘚中大羽蘚的葉片絨毛長(zhǎng)度顯著大于灰蘚原變種和東亞砂蘚，鈾處理后葉片絨毛長(zhǎng)度并未出現(xiàn)顯著變化；能譜分析結(jié)果顯示，高濃度鈾脅迫（20 mg/L）下，3種苔蘚葉片表面均存在鈾元素。表3顯示，大羽蘚的鈾累積量在各處理間均顯著高于灰蘚原變種和東亞砂蘚。20 mg/L鈾脅迫下，大羽蘚的鈾累積量為灰蘚原變種的1.37倍、東亞砂蘚的1.34倍。說(shuō)明鈾脅迫對(duì)苔蘚植物葉片絨毛長(zhǎng)度無(wú)顯著影響，大羽蘚的葉片絨毛長(zhǎng)度大于灰蘚原變種和東亞砂蘚，對(duì)鈾的累積能力優(yōu)于灰蘚原變種和東亞砂蘚。

2.4 鈾脅迫對(duì)3種苔蘚礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)代謝的影響

圖2 鈾脅迫苔蘚掃描電鏡及能譜分析Fig. 2 SEM and EDS analysis of bryophytes under uranium stress

表2 3種苔蘚葉片的絨毛長(zhǎng)度Table 2 Length of leaf villi of three bryophytes（μm）

表3 不同品種苔蘚對(duì)鈾的累積量Table 3 Accumulation of uranium in different bryophytes（mg/kg, DW）

圖3 鈾脅迫下3種苔蘚植物礦質(zhì)元素含量變化Fig. 3 Changes of contents of mineral elements in three bryophytes under uranium stress

3種苔蘚的礦質(zhì)元素對(duì)鈾脅迫的響應(yīng)趨勢(shì)如圖3所示。鈾脅迫下大量元素K含量在灰蘚原變種和大羽蘚中顯著升高16.1%和10.3%，在東亞砂蘚中無(wú)變化；Ca含量在灰蘚原變種和東亞砂蘚中顯著升高41.3%和341%，在大羽蘚中表現(xiàn)為“低促高抑”現(xiàn)象，在2.5 mg/L時(shí)取得最大值，較對(duì)照顯著升高17.6%，脅迫濃度繼續(xù)上升則出現(xiàn)顯著降低。說(shuō)明一定濃度的鈾脅迫能促進(jìn)苔蘚植物吸收大量元素K、Ca，脅迫濃度過(guò)高則會(huì)抑制，對(duì)鈾脅迫敏感性較高的大羽蘚最先出現(xiàn)顯著降低?；姨\原變種和大羽蘚的大量元素Mg出現(xiàn)顯著降低，東亞砂蘚無(wú)顯著變化，Mg元素為葉綠素重要組成部分，東亞砂蘚對(duì)鈾脅迫的耐受性較好，Mg元素未表現(xiàn)出顯著下降。

微量元素中灰蘚原變種的Fe、Mn、Cu、Mo含量出現(xiàn)顯著變化，最高值較對(duì)照分別顯著升高7.9%、21.8%、42.6%和432%；大羽蘚的Fe、Mn、Mo含量最高值較對(duì)照顯著升高68.4%、29.3%和321%；東亞砂蘚的Zn、Mn、Mo含量最高值較對(duì)照顯著升高73.9%、27.1%和257%。其中Mo含量在3種苔蘚中皆呈上升趨勢(shì)，升幅最大，說(shuō)明鈾脅迫能促進(jìn)苔蘚植物對(duì)Mo元素的吸收；Fe、Mn、Cu、Zn含量在3種苔蘚中變化趨勢(shì)各不相同，說(shuō)明鈾脅迫對(duì)苔蘚植物微量元素的影響存在種間差異，需要進(jìn)一步深入研究。

3 討論

與其他高等植物一致，葉綠素含量變化也是苔蘚植物受到環(huán)境脅迫時(shí)的生理響應(yīng)之一。劉濤等[22]研究發(fā)現(xiàn)Pb2+、Zn2+及二者復(fù)合脅迫對(duì)西南樹(shù)平蘚的葉綠素含量均抑制顯著。董萌等[27]研究表明，東亞金發(fā)蘚葉綠素含量與土壤中鎘濃度呈反比例關(guān)系，鎘脅迫會(huì)使苔蘚葉片枯黃萎蔫，甚至枯亡。本研究結(jié)果與前人研究結(jié)果相似，苔蘚植物的葉綠素含量與鈾脅迫濃度均呈反比例關(guān)系。大羽蘚的葉綠素含量和灰蘚原變種的葉綠素a含量在低濃度鈾脅迫（2.5 mg/L）下出現(xiàn)顯著降低，東亞砂蘚的葉綠素含量出現(xiàn)顯著變化的鈾脅迫濃度10 mg/L，高濃度鈾脅迫（20 mg/L）下大羽蘚的葉綠素含量降幅最大，說(shuō)明3種苔蘚對(duì)鈾脅迫的敏感性依次為大羽蘚＞灰蘚原變種＞東亞砂蘚。高濃度鈾脅迫下葉綠素a/b在灰蘚原變種中出現(xiàn)顯著降低，說(shuō)明葉綠素a對(duì)鈾脅迫更加敏感，但大羽蘚和東亞砂蘚中并未出現(xiàn)顯著變化，因此葉綠素含量變化作為篩選鈾污染修復(fù)植物的指標(biāo)需要考慮葉綠素a和葉綠素b及總?cè)~綠素的含量。

葉綠素?zé)晒鈪?shù)能反映植物受到重金屬脅迫時(shí)植物光合作用變化，韓旭等[9]研究發(fā)現(xiàn)，水芹和銅錢草的Fv/Fm隨著鈾脅迫濃度增加而降低。李華麗等[28]發(fā)現(xiàn)高濃度鈾脅迫可使植物PSⅡ的Fv/Fm降低，嚴(yán)重威脅植物存活。本研究發(fā)現(xiàn)3種苔蘚的葉綠素?zé)晒鈪?shù)對(duì)鈾脅迫響應(yīng)變化不一致。Fv/Fm能反映植物潛在的最大光合效率，Y（Ⅱ）反映植物實(shí)際光合效率。隨著鈾脅迫濃度增加，灰蘚原變種和大羽蘚的Fv/Fm在較高濃度鈾脅迫（≥10 mg/L）下出現(xiàn)顯著降低，灰蘚原變種和東亞砂蘚的Y（Ⅱ）表現(xiàn)為“低促高抑”，大灰蘚的Y（Ⅱ）表現(xiàn)為被抑制，說(shuō)明苔蘚植物的實(shí)際光合效率對(duì)鈾脅迫更敏感，容易產(chǎn)生顯著效應(yīng)，一定濃度的鈾脅迫能提高耐受性較好的苔蘚植物的實(shí)際光合效率。光化學(xué)淬滅系數(shù)（qP）和非光化學(xué)猝滅系數(shù)（qN）反應(yīng)吸收的光能用于光化學(xué)和熱能的部分?；姨\原變種和東亞砂蘚的qP隨著鈾濃度呈“低促高抑”現(xiàn)象，說(shuō)明低濃度鈾脅迫促進(jìn)苔蘚植物的光合活性，濃度過(guò)高則抑制?；姨\原變種qN表現(xiàn)為“低促高抑”，東亞砂蘚qN顯著升高，大羽蘚的qN、qP均被抑制，說(shuō)明灰蘚原變種和東亞砂蘚可能通過(guò)將光能更多的轉(zhuǎn)換為熱能的方式以減少鈾脅迫對(duì)其PSⅡ的傷害。鈾脅迫對(duì)大羽蘚的毒害性較強(qiáng)，使其PSⅡ結(jié)構(gòu)受損，導(dǎo)致光合活性和光保護(hù)能力同時(shí)受到抑制，實(shí)際光合效率下降[29]。

龔雙姣等[30]研究發(fā)現(xiàn)對(duì)鉛耐受性最強(qiáng)的尖葉擬船葉蘚對(duì)鉛的富集量最多。本研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)鈾敏感性較高的大羽蘚，對(duì)鈾富集量各處理間皆顯著高于耐受性較好的灰蘚原變種和東亞砂蘚。有學(xué)者認(rèn)為認(rèn)為苔蘚植物對(duì)重金屬的富集能力和敏感性存在種間差異，主要受苔蘚植物比表面積、表面特征結(jié)構(gòu)及持水能力影響[31]。本研究結(jié)果顯示，苔蘚植物葉片的絨毛長(zhǎng)度與鈾累積量呈正比例關(guān)系，大羽蘚的葉片絨毛長(zhǎng)度大于灰蘚原變種和東亞砂蘚，更容易吸附和滯留鈾離子，可能是大羽蘚鈾累積量大于灰蘚原變種和東亞砂蘚的原因之一。此外，耐受性較好的苔蘚品種為了阻止重金屬離子進(jìn)入體內(nèi)，會(huì)形成相應(yīng)的阻隔屏障，降低重金屬在體內(nèi)的運(yùn)輸效率，以減少對(duì)細(xì)胞的損傷，如匐枝青蘚通過(guò)細(xì)胞壁表面形成的有效屏障抑制對(duì)Pb元素的吸收以耐受600 mg/L的Pb毒害作用[31]，這也可能是耐受性較好的東亞砂蘚和灰蘚原變種的鈾富集量低于大羽蘚的原因。結(jié)合鈾在巖石、土壤、水和生物體中平均含量約為4 mg/kg[32]，接近大羽蘚對(duì)鈾脅迫的最高耐受濃度5 mg/L，大羽蘚對(duì)鈾污染更加敏感，對(duì)鈾污染易產(chǎn)生顯著生理響應(yīng)，相同濃度鈾脅迫下鈾富集量高于灰蘚原變種和東亞砂蘚，因此大羽蘚更適合用于環(huán)境鈾污染的監(jiān)測(cè)和修復(fù)研究。

礦質(zhì)元素平衡是植物維持正常生理活動(dòng)的必需條件之一，重金屬脅迫可使植物礦質(zhì)元素吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和代謝異常。K、Ca、Mg是植物生長(zhǎng)發(fā)育所需的大量元素。本研究發(fā)現(xiàn)，鈾脅迫下，K、Ca含量分別在兩種苔蘚中表現(xiàn)為顯著上升，與謝亞兵等[33]關(guān)于Cd脅迫對(duì)芳樟K、Ca吸收的影響研究結(jié)果相似，原因可能是較低的濃度鈾脅迫使苔蘚植物增加對(duì)K、Ca的吸收，促進(jìn)呼吸和光合作用相關(guān)酶的活性，加快糖類的轉(zhuǎn)運(yùn)，以抵抗鈾脅迫對(duì)細(xì)胞的傷害。大羽蘚的Ca含量表現(xiàn)為 “低促高抑”，這與魏海英[34]對(duì)Pb-Cd復(fù)合脅迫下大羽蘚Ca含量研究結(jié)果相似，結(jié)合大羽蘚葉片表面結(jié)構(gòu)容易滯留鈾離子，推測(cè)原因是葉片表面大量被吸附的鈾離子破壞了細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，使Ca含量降低。灰蘚原變種和東亞砂蘚對(duì)鈾的累積能力弱于大羽蘚，還未表現(xiàn)出下降趨勢(shì)。兩種苔蘚的Mg含量出現(xiàn)顯著下降，推測(cè)是因?yàn)槿~綠素的分解導(dǎo)致苔蘚植物細(xì)胞Mg含量降低。

微量元素是組成植物生長(zhǎng)代謝相關(guān)酶的重要成分之一。本研究結(jié)果顯示，鈾脅迫下東亞砂蘚Fe，Zn、Mn含量表現(xiàn)為 “低促高抑”，與劉帥等[35]關(guān)于Cd脅迫下菜心地上部Fe、Zn、Mn含量變化研究結(jié)果相似，灰蘚原變種和大羽蘚的Fe含量呈下降趨勢(shì)，原因可能是低濃度的鈾脅迫使東亞砂蘚胞內(nèi)氧化還原反應(yīng)效率升高，促進(jìn)Fe吸收，而灰蘚原變種和大羽蘚在低濃度鈾脅迫時(shí)細(xì)胞色素解體，導(dǎo)致Fe含量降低。3種苔蘚的Mo含量均表現(xiàn)為上升，而且在高濃度鈾脅迫（20 mg/L）有一個(gè)較大幅度提升，推測(cè)苔蘚植物可能通過(guò)促進(jìn)氮代謝能力以抵抗鈾脅迫傷害，但還需要進(jìn)一步研究鈾脅迫下苔蘚的氮代謝相關(guān)酶活性加以驗(yàn)證。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，苔蘚植物的葉綠素含量與鈾脅迫濃度呈反比例關(guān)系；葉綠素?zé)晒馍韰?shù)在敏感性較高的苔蘚中表現(xiàn)為被抑制，對(duì)鈾耐受性較好的苔蘚中多表現(xiàn)為“低促高抑”；一定鈾脅迫能夠促進(jìn)苔蘚植物對(duì)大量元素K、Ca含量的吸收，濃度過(guò)高則會(huì)抑制；因此葉綠素含量、葉綠素?zé)晒馍硖匦约按罅吭豄、Ca含量可作為篩選鈾污染監(jiān)測(cè)和修復(fù)植物的生理指標(biāo)。

大羽蘚葉綠素含量出現(xiàn)顯著變化的鈾脅迫濃度最低，葉綠素含量降幅最大，對(duì)鈾脅迫的敏感性較東亞砂蘚和灰蘚原變種最高，葉綠素?zé)晒馍韰?shù)顯示大羽蘚對(duì)鈾脅迫的最高耐受濃度為5 mg/L，接近鈾在巖石、土壤、水和生物體中平均含量，且對(duì)鈾的富集能力優(yōu)于灰蘚原變種和東亞砂蘚，可作為監(jiān)測(cè)以及修復(fù)環(huán)境鈾污染的優(yōu)選苔蘚植物。