“死而复活”的植物——齿肋赤藓

卓 露

“白日不到处，青春恰自来。苔花如米小，也学牡丹开。”清代诗人袁枚的诗歌《苔》是这样描写苔藓的。

在人们的印象中，苔藓植物一般生长在石壁、树干和土面上，或潮湿的森林和沼泽地。其实还有一种生存在极端沙漠中苔藓植物，并且还能“死而复活”，它叫齿肋赤藓。

齿肋赤藓是地球上最常见的沙漠苔藓之一，广泛分布于北半球的干旱地区，从美国的莫哈维沙漠到欧洲部分地区再至中国新疆的古尔班通古特沙漠，都可见其弱小的身影。面临着缺水高碱、强紫外线辐射等诸多不利因素的威胁，植株仅有1厘米左右（连假根在内）的齿肋赤藓凭借特殊的结构、生理特征和分子特征等，很好的适应了荒漠环境。近年来，齿肋赤藓因其顽强的生命力、独特的“脱水复苏”机制以及耐干旱、高耐温、耐寒冷的生物学特性引起了科研人员的广泛关注，其小小的身板里蕴藏的巨大能量才逐步被人们所发现。

齿肋赤藓在极端高温120℃ 30min处理后繁殖情况

稳定荒漠生态系统的安全员

在荒漠生态系统中，覆盖于地表的生物土壤结皮可以称得上是“地表守护者”。在古尔班通古特沙漠中，齿肋赤藓作为沙漠的代表性植物，与藻类植物、地衣、苔藓、土壤一起形成沙漠表面的保护层，犹如一片片沙漠地毯，形成了一道一道别样的荒漠系统地表景观。

它可以显著降低起风速度，维持沙漠土壤的稳定性，减少直接关系到人类生存环境的沙尘暴的危害。它还能改变荒漠降水分配格局，对有限的降水具备显著的截留作用。更重要的是，它可以有效抵御外来物种对荒漠生态系统的入侵。

捕获干旱生境隐匿水源的收集器

齿肋赤藓在极端干旱的沙漠环境中长时间处于脱水状态，呈现“枯死”的深褐色或黑色，在营养组织失去近90%的细胞水分后，就会以一种类似休眠的方式度过严酷的干旱期。一旦出现降水（包括露水、雾、湿气和雨），可在5秒内迅速复苏，快速恢复生命代谢活动。

齿肋赤藓（A.覆盖在荒漠地表的藓类结皮; B.齿肋赤藓; C-D.休眠状态和复水状态下的齿肋赤藓单株）

近年来，科学家发现齿肋赤藓有一种独特的“自上而下”的集水模式，通过叶片上特殊的芒尖结构吸收水分，而不依靠根。芒尖结构能够反射沙漠中的强光，避免齿肋赤藓植株体被灼伤，而且能够利用不同尺度（纳米、微米到厘米等）的凹槽和疣状突起，帮助它从空气中收集、利用水分，然后通过毛细管作用迅速运输到芒尖底部的叶面，被叶片吸收，这套特殊的水分收集与传输系统，使得齿肋赤藓在严酷的沙漠环境能够优雅的存活。

齿肋赤藓芒尖这种“小结构，大功能”的水分收集策略，从仿生学的角度为工程师设计干旱区水分收集输导装置提供了新的灵感。

发掘耐干热抗逆基因的资源库

在自然界中，存在一种极端的、适应干旱的事件，它特指生物体可耐受高达98％的组织极度脱水，并遇水而复苏，在短时间内（数分钟）完全恢复正常生理活动的特殊现象。

齿肋赤藓就具有耐干胁迫的特性，因而也被大家称为“复苏植物”。齿肋赤藓就是苔藓界具有最高级别的抗旱性（A级）的植物。在脱水过程中，齿肋赤藓可以限制自身细胞的损伤程度，维持细胞生理的完整性，对于干旱胁迫具有快速的生理生化响应，具有其他普通陆生植物无法比拟的植株体耐干特性。

目前，齿肋赤藓的耐干机制以及复水时强大的细胞保护和修复机制已成为抗逆分子生物学研究的热点。从齿肋齿藓中挖掘的ScDREB和ScALDH耐干基因已经遗传转化植入棉花作物中，为棉花抗旱新品种提供了独特的基因资源。

另外，随着全球大气候环境的变化，特别是我国西北荒漠地区，平均温度以每年0.2℃的速度增加，而沙漠中的瞬间温度可以达到80℃，从而促进了笔者研究团队对齿肋赤藓耐热性的关注。

2018年，中国科学院新疆生态与地理研究所干旱区生物资源与生物地理重点实验室研究团队通过对干燥失水状态齿肋赤藓进行极端温度120℃ 30分钟胁迫处理，发现虽然原个体在胁迫条件下叶片变黄受损，但遇水后仍然有新个体产生，本项研究从表型特征、生理特性、微观结构和分子水平等4个层面佐证齿肋赤藓对极端温度的耐受性，该结果已经打破了生物界植物耐受极端高温的记录，并已整理形成SCI研究论文。

同时，这个团队的研究成果进一步表明：齿肋赤藓还具有极强的抗盐、抗高温等综合抗性，是科学家们研究植物抗逆性非常理想的材料，目前相关研究人员还在致力于抗逆基因的延伸，希望将齿肋齿藓的抗逆基因资源用于园林花卉等领域。

相信在接下来的时间，研究人员们会陆续发现更多齿肋赤藓蕴藏的能量，转化为与荒沙碱滩进行不屈抗争的原动力，为新疆的防沙治沙和生态文明建设贡献自己的力量。