李俊柯，杜家豪，鄧章軒，羅中旭，賴金龍,2，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 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 621010）

【研究意義】鈾（Uranium，U）是一種具有高放射性和長(zhǎng)半衰期的典型工業(yè)污染物［1］，其作為一種天然放射性核素，在地殼中的平均含量為2×10-4%（WT），在巖石、土壤、水和生物體中平均含量約為4 mg/kg［2］。鈾在自然界中有3種放射性同位素（U-234、U-235和U-238），其中U-238豐度最高（99.27%），半衰期達(dá)到4.51×109年［3］。由于人類活動(dòng)，如采礦、磷酸鹽加工、核工業(yè)和農(nóng)業(yè)施肥，大量的鈾被釋放到環(huán)境中［4］。例如，鈾尾礦和排放水中的鈾濃度分別達(dá)到400～41 598、0.244-35.7 Bq/L［5］。研究表明，鈾作為一種非必需和有毒的放射性核素，化學(xué)毒性風(fēng)險(xiǎn)高于輻射毒性風(fēng)險(xiǎn)，其通過食物鏈進(jìn)入生物體，攝入時(shí)具有持續(xù)的化學(xué)毒性，因而對(duì)生物體和人類健康有極大的損害。

【前人研究進(jìn)展】研究者根據(jù)鈾在環(huán)境中的生物地球化學(xué)特性，開發(fā)了一些鈾修復(fù)技術(shù)——物理、化學(xué)和生物技術(shù)［6］。其中，生物修復(fù)特別是植物修復(fù)，具有原位修復(fù)、應(yīng)用方便、成本低等特點(diǎn)，是一種理想的修復(fù)方法。在植物修復(fù)中，鈾積累植物如蕓苔屬［7］、向日葵［8］和黑麥草［9］，都種植在鈾污染地區(qū)，通過根從土壤中提取鈾，鈾能隨時(shí)間從土壤中移除。然而，鈾礦山一些裸巖、砂石地形土壤殘存量少，大多數(shù)高等植物無法生長(zhǎng)，成為鈾礦山植物修復(fù)的難題。苔蘚植物作為鈾礦山生態(tài)修復(fù)的先鋒植物，在生態(tài)系統(tǒng)中的廣泛分布使其占有重要地位［10］。苔蘚植物能適應(yīng)土壤殘存量少的地形，能在其他植物無法生存的鈾礦山荒漠化、石漠化土地上生長(zhǎng)，同時(shí)，加速巖石風(fēng)化成土的過程，進(jìn)一步導(dǎo)致巖石分解、土層增厚、有機(jī)質(zhì)增加，具有較強(qiáng)的蓄水保水、水土保持及防風(fēng)固沙能力，而且在改善土壤理化性質(zhì)、提高土壤抗沖性及抗雨滴賤蝕等方面具有十分顯著的作用［11］。因此，苔蘚結(jié)皮對(duì)于鈾礦山生物修復(fù)具有極大潛力。然而，鈾往往對(duì)植物體有嚴(yán)重的毒害作用，有研究表明，鈾已對(duì)植物造成明顯的毒害癥狀，包括植物生長(zhǎng)緩慢、根系壞死、降低光合速率等［12］，從而大大降低鈾礦山植物修復(fù)的效率。因此，研究苔蘚植物對(duì)鈾的耐受性及抗性機(jī)制，是評(píng)價(jià)苔蘚結(jié)皮用于鈾礦山生態(tài)修復(fù)可行性的關(guān)鍵。

【本研究切入點(diǎn)】為了探究鈾對(duì)苔蘚生長(zhǎng)及抗氧化系統(tǒng)的影響，本研究選用3種易生長(zhǎng)、耐旱、荒石漠化常見優(yōu)勢(shì)苔蘚——大灰蘚（Hypnum plumaeforme）、大灰蘚小型變種（Hypnum cupressiformeL.ex Hedw.var.cupressiforme）、砂蘚（Racomitrium canescensHedw.）作為研究對(duì)象。采用條件易控、環(huán)境誤差小的溶液培養(yǎng)法處理苔蘚植物。【擬解決的關(guān)鍵問題】觀察鈾脅迫對(duì)苔蘚生長(zhǎng)的影響，測(cè)定苔蘚鈾的累積量，闡明苔蘚抗氧化系統(tǒng)對(duì)鈾脅迫的適應(yīng)機(jī)制，評(píng)價(jià)苔蘚植物對(duì)鈾的耐受性，為鈾礦山苔蘚結(jié)皮生態(tài)修復(fù)提供一定的參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

選用大灰蘚、大灰蘚小型變種、砂蘚作為供試材料，采集于西南科技大學(xué)路旁樹蔭下、水渠邊及山坡上，采集后選取生長(zhǎng)良好、長(zhǎng)勢(shì)基本一致的苔蘚，用去離子水培養(yǎng)3 d，待生長(zhǎng)正常且生長(zhǎng)狀況基本相同時(shí)進(jìn)行鈾脅迫處理。

1.2 試驗(yàn)方法

根據(jù)苔蘚對(duì)鈾污染的敏感性，鈾脅迫濃度設(shè)置為0（對(duì)照）、5、10、15、20 μmol/L。鈾源使用硝酸鈾酰（238U，UO2（NO3）2·6H2O），以1/2霍格蘭營(yíng)養(yǎng)液配制含鈾處理液（pH=5.5）。鈾脅迫處理72 h后，記錄苔蘚植株生長(zhǎng)狀態(tài)，測(cè)定不同鈾濃度處理3種苔蘚可溶性蛋白、游離脯氨酸（Pro）、丙二醛（MDA）含量，過氧化氫酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）活性以及苔蘚中鈾含量。1/2霍格蘭營(yíng)養(yǎng)液成分包括：101.1 mg/L KNO3，236.15 mg/L Ca（NO3）2·4H2O，98.59 mg/L MgSO4·7H2O，16.01 mg/L NH4NO3，13.61 mg/L KH2PO4，鐵鹽溶液（1.345 mg/L Na2-EDTA和1.112 mg/L FeSO4·7H2O），以及微量元素（含0.569 mg/L H3BO3、0.356 mg/L MnCl2·4H2O、0.043 mg/L ZnSO4·7H2O、0.01 mg/L CuSO4·5H2O、0.018 mg/L H2MoO4·H2O），pH值為5.5。人工氣候箱培養(yǎng)條件為：溫度25 ℃，空氣相對(duì)濕度80%～85%，光照強(qiáng)度為3 500 lx，光照時(shí)間12 h。

1.3 苔蘚生長(zhǎng)及鈾含量分析

鈾脅迫處理后，采集苔蘚葉片，選取長(zhǎng)勢(shì)一致的苔蘚植株，用濾紙擦干植株表面水分，采用數(shù)碼顯微鏡對(duì)苔蘚植物莖尖與假根進(jìn)行拍照，觀察鈾處理后苔蘚植物的生長(zhǎng)狀況。

鈾含量測(cè)定：樣品85℃烘干至恒重，用微型植物粉碎機(jī)將樣品粉碎并過孔徑0.075 mm樣品篩，每個(gè)樣品取0.25 g，重復(fù)3次，采用Niton XL3 X射線熒光分析儀測(cè)定鈾含量。

1.4 逆境生理指標(biāo)分析

可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)法（G-250）［13］測(cè)定，Pro含量采用3%磺基水楊酸法［14］測(cè)定，MDA含量采用硫代巴比妥酸（TBA）顯色法［14］測(cè)定。

SOD、POD、CAT活性采用南京建成生物工程研究所生產(chǎn)的試劑盒處理。酶粗液個(gè)提取方法如下：將采集后的植株編號(hào)，每個(gè)處理取0.1 g鮮葉片于預(yù)冷的研缽中，加入0.1 mol/L冷磷酸緩沖液（pH=7.0）1 mL和少量石英砂，冰浴研磨，勻漿后用0.01 mol/L冷磷酸緩沖液（pH=7.0）5 mL沖洗，并轉(zhuǎn)移至離心管，3 500 r/min離心10 min，上清液即為酶粗提取液，將酶液轉(zhuǎn)移至試管，4℃冷藏保存，備用。將處理后的酶粗液按各試劑盒說明書操作表要求分別測(cè)定SOD、POD和CAT活性。

生物富集系數(shù)（BCF）［15］=植物干物質(zhì)中重金屬含量（mg/kg，DW）/重金屬濃度（mg/kg，DW）

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 20.0 軟件進(jìn)行差異顯著性分析，采用Excel軟件及Origin 2017制圖，不同處理間的方差分析采用二因素有重復(fù)實(shí)驗(yàn)分析方法，多重比較采用Tukey多重比較法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同苔蘚生長(zhǎng)狀態(tài)及鈾累積特性分析

由圖1可見，鈾脅迫72 h后，3種苔蘚植物受到不同程度的鈾毒害?？瞻讓?duì)照大灰蘚呈綠色，莖尖呈闊披針形，葉緣平展寬大，假根粗大，呈黑色或褐色。大灰蘚莖尖在低濃度（5 μmol/L）鈾脅迫下無明顯變化；而在中高濃度（10～20 μmol/L）鈾脅迫下，莖尖顏色漸黃；當(dāng)鈾濃度達(dá)到20 μmol/L時(shí)，其莖尖呈黃褐色，葉緣萎縮偏小，假根在鈾脅迫下無明顯變化?？瞻讓?duì)照大灰蘚小型變種植物體呈綠色，枝葉與莖葉同形，外展細(xì)小，假根細(xì)小，呈黑褐色，其莖尖在高濃度（15～20 μmol/L）鈾脅迫下由綠色逐漸變黃，莖葉收縮，與空白對(duì)照相比變小，其假根在鈾脅迫下無明顯差異。空白對(duì)照砂蘚中肋較粗，突出葉尖成綠色毛狀刺，假根呈黑色。砂蘚莖尖在鈾濃度為5～15 μmol/L脅迫下變化不明顯，而在鈾濃度為20 μmol/L時(shí)莖尖顏色變黃變黑，假根無明顯差異。

如圖2所示，隨著鈾濃度的增加，3種苔蘚植物體內(nèi)鈾累積量均顯著上升，鈾累積能力表現(xiàn)為大灰蘚小型變種＞大灰蘚＞砂蘚。當(dāng)鈾處理濃度為20 μmol/L時(shí)，3種苔蘚鈾累積量分別為3 440.67、2 410.67、906.33 mg/kg（DW）。由表1可知，大灰蘚BCF最大值出現(xiàn)在鈾濃度5 μmol/L時(shí)，為0.37；大灰蘚小型變種BCF最大值出現(xiàn)在鈾濃度20 μmol/L時(shí)，為0.43；砂蘚BCF隨鈾濃度增大而減小，最大值出現(xiàn)在鈾濃度5 μmol/L時(shí)，為0.25。結(jié)果表明，大灰蘚小型變種對(duì)鈾有較強(qiáng)的富集能力，而砂蘚對(duì)鈾的富集能力較弱。

圖1 鈾脅迫下3種苔蘚生長(zhǎng)局部狀況Fig.1 Growth of three bryophytes under uranium stress

圖2 3種苔蘚對(duì)鈾的累積特性Fig.2 Accumulation characteristics of Uraniun in three bryophytes

表1 不同濃度鈾處理苔蘚生物富集系數(shù)Table 1 BCF of bryophytes under different concentrations of uranium

2.2 鈾脅迫對(duì)苔蘚植物可溶性蛋白含量的影響

可溶性蛋白是重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，能衡量植物是否受到重金屬脅迫。圖3結(jié)果顯示，3種苔蘚可溶性蛋白含量隨鈾濃度的增加均表現(xiàn)為“低促高抑”。大灰蘚可溶性蛋白含量在鈾濃度為15 μmol/L時(shí)達(dá)到最大值，為13.05 mg/g（FW），且不同濃度梯度其可溶性蛋白含量存在顯著差異。大灰蘚小型變種可溶性蛋白含量在鈾濃度為10 μmol/L時(shí)達(dá)到最大值（10.7 mg/g，F(xiàn)W）。砂蘚可溶性蛋白含量在鈾濃度為10 μmol/L時(shí)達(dá)到最大值，為14.84 mg/g（FW）。結(jié)果表明，低濃度鈾脅迫促進(jìn)苔蘚植物可溶性蛋白合成，高濃度鈾脅迫使其可溶性蛋白合成受到抑制。

當(dāng)植物體受到逆境脅迫時(shí)，可通過積累脯氨酸來提高植物的耐逆性。由圖4可知，鈾脅迫使3類苔蘚植物體內(nèi)游離脯氨酸含量產(chǎn)生了顯著變化。對(duì)大灰蘚而言，鈾濃度與其游離脯氨酸含量呈正相關(guān)，鈾濃度為0～10 μmol/L時(shí)，其對(duì)應(yīng)脯氨酸含量無顯著差異，而在鈾濃度為10～20 μmol/L時(shí)，其對(duì)應(yīng)脯氨酸含量存在顯著差異。對(duì)大灰蘚小型變種，隨著鈾濃度增加，其脯氨酸含量先增大后減小，在鈾濃度為15 μmol/L時(shí)達(dá)到最大值（9.88 μg/g，F(xiàn)W）。砂蘚植物體內(nèi)游離脯氨酸含量隨鈾濃度增加呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)，在鈾濃度為10 μmol/L時(shí)達(dá)到最大值、為7.12 μg/g（FW）。結(jié)果表明，在鈾脅迫下，細(xì)胞內(nèi)會(huì)產(chǎn)生脯氨酸來調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透平衡，抑制鈾進(jìn)入細(xì)胞中。而高濃度的鈾對(duì)苔蘚植物產(chǎn)生嚴(yán)重的毒性現(xiàn)象，破壞其細(xì)胞結(jié)構(gòu)，抑制蛋白質(zhì)合成，使得植物體內(nèi)無法大量產(chǎn)生脯氨酸，導(dǎo)致其含量降低。

圖3 鈾脅迫對(duì)3種苔蘚可溶性蛋白含量的影響Fig.3 Effects of uranium stress on soluble proteins in three bryophytes

圖4 鈾脅迫對(duì)3種苔蘚脯氨酸含量的影響Fig.4 Effects of uranium stress on proline contents in three bryophytes

2.3 鈾脅迫對(duì)苔蘚植物MDA含量的影響

丙二醛（MDA）是細(xì)胞膜脂過氧化反應(yīng)的產(chǎn)物，植物中MDA含量的多少說明植物細(xì)胞膜受到傷害的程度。從圖5可以看出，3種苔蘚植物體內(nèi)MDA含量均隨鈾脅迫濃度的增加逐漸增大。方差分析表明，大灰蘚MDA含量在各鈾濃度0～10 μmol/L和15～20 μmol/L處理間存在顯著差異，而在10～15 μmol/L間不存在顯著差異。而大灰蘚小型變種與砂蘚MDA含量在各鈾濃度處理間0～10 μmol/L不存在顯著差異，而在10～20 μmol/L間存在顯著差異。結(jié)果表明，大灰蘚對(duì)于低濃度鈾脅迫反應(yīng)快于大灰蘚小型變種與砂蘚。

圖5 鈾脅迫對(duì)3種苔蘚MDA含量的影響Fig.5 Effects of uranium stress on MDA contents in three bryophytes

2.4 鈾脅迫對(duì)苔蘚植物抗氧化酶系統(tǒng)的影響

圖6 鈾脅迫對(duì)3種苔蘚POD、SOD、CAT活性的影響Fig.6 Effects of uranium stress on activities of POD,SOD and CAT in three bryophytes

過氧化物酶（POD）作為活性氧酶促清除系統(tǒng)的重要酶類，能有效清除植物體內(nèi)過氧化氫。結(jié)果（圖6）顯示，隨著鈾濃度的增加，3種苔蘚的POD活性先增大后減小。大灰蘚在鈾濃度為5 μmol/L時(shí)POD活性達(dá)到峰值，為334.42 U/g（FW），各濃度處理間均差異顯著。大灰蘚小型變種在鈾濃度為15 μmol/L時(shí)POD活性達(dá)到峰值，為436.29 U/g（FW）。砂蘚在濃度為15 μmol/L時(shí)POD活性達(dá)到峰值，為271.75 U/g（FW）。SOD也是一種抗氧化保護(hù)酶。由圖6可見，隨著鈾濃度水平的升高，3種苔蘚 SOD活性呈現(xiàn)先增后降的趨勢(shì)。大灰蘚在濃度為5 μmol/L時(shí) SOD活性達(dá)到峰值，為421.75 U/g（FW），各濃度處理間均差異顯著。大灰蘚小型變種在鈾濃度為15 μmol/L時(shí) SOD 活性達(dá)到峰值，為470.05 U/g（FW），各濃度處理間均差異顯著。砂蘚在鈾濃度為10 μmol/L時(shí)SOD活性達(dá)到峰值，為493.06 U/g（FW），鈾處理濃度在10～15 μmol/L間SOD活性無顯著差異，其余各處理間均差異顯著。隨著鈾濃度的升高，3種苔蘚CAT活性呈現(xiàn)先增后降的趨勢(shì)。大灰蘚在鈾濃度為5 μmol/L時(shí)CAT活性達(dá)到峰值，為8.40 U/g（FW），各濃度處理間差異顯著。大灰蘚小型變種在鈾濃度為15 μmol/L時(shí)CAT 活性達(dá)到峰值，為4.92 U/g（FW），鈾處理濃度在0～5 μmol/L間CAT活性無顯著差異，其余各處理間差異顯著。砂蘚在鈾濃度為15 μmol/L時(shí)CAT活性達(dá)到峰值，為6.86 U/g（FW），各濃度處理間差異均顯著。結(jié)果表明，3種苔蘚植物在鈾脅迫下其抗氧化系統(tǒng)應(yīng)答表現(xiàn)為低促高抑，且大灰蘚小型變種對(duì)鈾脅迫具有較強(qiáng)的耐受性。

3 討論

鈾脅迫對(duì)3種苔蘚植物的毒害作用主要表現(xiàn)在高濃度時(shí)使其莖葉變黃變黑，并阻礙莖葉生長(zhǎng)發(fā)育，其莖葉與空白對(duì)照相比變小，出現(xiàn)不同程度的萎縮現(xiàn)象。假根在鈾脅迫下無明顯變化，可能是因?yàn)樘μ\植物主要依靠葉片吸收養(yǎng)分，對(duì)環(huán)境變化較為敏感，而假根主要起固定植物體的作用，極少進(jìn)行物質(zhì)交換。苔蘚植物對(duì)鈾有一定的累積能力，且3種苔蘚植物體內(nèi)鈾累積量與外源鈾濃度呈正相關(guān)。富集系數(shù)（BCF）是指植株體內(nèi)元素含量與環(huán)境元素含量之比，其值越大，則表明植物吸收能力越強(qiáng)。趙繼武等［9］研究了黑麥草的鈾富集特性，其BCF最高可達(dá)6.28，劉澤偉等［16］研究了蠶豆幼苗的鈾累積特性，在鈾濃度為25 μmol/L處理下其地下部鈾累積量可達(dá)5 309 mg/kg（DW）。韓旭等［17］研究水芹和銅錢草對(duì)鈾的富集濃度在55 mg/L處理下根、莖和葉各部鈾濃度分別達(dá)到3637.2、322.9、373.4 mg/kg和2 908.8、262.7、136.5 mg/kg。本試驗(yàn)中，不同種類苔蘚的鈾累積能力有顯著差異，其中累積能力最強(qiáng)的大灰蘚小型變種，在鈾濃度為20 μmol/L時(shí)為3 440.67 mg/kg（DW），BCF僅0.43。可見，苔蘚植物對(duì)鈾的累積能力不及某些超富集植物，原因可能為苔蘚植物生物量較小，且極少通過假根進(jìn)行物質(zhì)交換。然而，在實(shí)際鈾礦山生態(tài)修復(fù)中，大多數(shù)鈾富集能力強(qiáng)的高等植物無法被種植在土壤殘存量較少的貧瘠荒、石漠化土地上，只能依靠苔蘚作為先鋒植物，首先覆蓋在工程創(chuàng)面或鈾礦裸巖之上，使巖石風(fēng)化成土，進(jìn)一步導(dǎo)致巖石分解、土層增厚、有機(jī)質(zhì)增加，為高等植物提取鈾創(chuàng)造先決條件。本試驗(yàn)中，大灰蘚小型變種對(duì)鈾有一定的累積能力和耐受性，有聯(lián)合超富集植物修復(fù)鈾礦山貧瘠石漠化土地的潛力。

重金屬離子能與植物體內(nèi)其他化合物結(jié)合成金屬絡(luò)合物或螯合物，抑制蛋白質(zhì)的合成［18］。3種苔蘚可溶蛋白含量顯著性變化表明，鈾脅迫擾亂了苔蘚植物體內(nèi)蛋白質(zhì)的合成。低濃度鈾溶液引起可溶性蛋白含量增加可能是植物抗鈾的解毒機(jī)制，其可以提高細(xì)胞的滲透濃度和功能蛋白的數(shù)量，有助于維持細(xì)胞正常代謝。然而，高濃度的鈾對(duì)蛋白質(zhì)合成有破壞性影響。首先，鈾進(jìn)入細(xì)胞后，提高了蛋白水解酶的活性，促進(jìn)了原有蛋白質(zhì)的分解。其次，鈾對(duì)許多蛋白質(zhì)合成酶系統(tǒng)具有毒性和純化作用，破壞蛋白質(zhì)合成的相關(guān)細(xì)胞器，抑制新蛋白質(zhì)的合成。脯氨酸作為非酶抗氧化劑中的重要水溶性化合物，在植物體中不僅能起滲透調(diào)節(jié)作用，還能清除活性氧［19-20］，通過抗氧化系統(tǒng)的協(xié)同作用精密地調(diào)控植物細(xì)胞中活性氧的平衡［21］。此外，Kaul等［14］認(rèn)為，重金屬脅迫能引起植物體內(nèi)脯氨酸的快速累積，還可誘導(dǎo)GSH水平的上升，從而進(jìn)一步增強(qiáng)抗氧化能力。本試驗(yàn)中，大灰蘚小型變種與砂蘚脯氨酸含量隨著鈾脅迫濃度的上升表現(xiàn)為“低促高抑”。當(dāng)外源添加鈾脅迫時(shí)，苔蘚植物自身啟動(dòng)抗逆生理反應(yīng)以抵抗重金屬毒性的傷害，因此脯氨酸含量上升；當(dāng)鈾脅迫濃度不斷升高，苔蘚植物脯氨酸含量有所下降，表明其細(xì)胞結(jié)構(gòu)遭到嚴(yán)重破壞，已無法累積脯氨酸。而大灰蘚脯氨酸含量與鈾脅迫濃度呈正相關(guān)，其原因可能是大灰蘚對(duì)鈾脅迫的耐受性強(qiáng)于大灰蘚小型變種和砂蘚，且累積脯氨酸能力較強(qiáng)，在鈾濃度為20 μmol/L時(shí)其細(xì)胞結(jié)構(gòu)并沒有被嚴(yán)重破壞，仍能正常累積脯氨酸以抵抗重金屬脅迫。MDA含量的測(cè)定往往能反映機(jī)體脂質(zhì)過氧化水平，間接反映細(xì)胞損傷程度［22］。本試驗(yàn)中，3類苔蘚植物體內(nèi)MDA含量均與鈾濃度呈正相關(guān)，表明膜脂過氧化程度加劇，細(xì)胞膜透性也逐漸增加，細(xì)胞膜透性越大表明細(xì)胞內(nèi)含物流失越嚴(yán)重，細(xì)胞損傷程度越大。林喆［23］研究了齒肋赤蘚在不同濃度Hg脅迫下MDA含量的變化，結(jié)果表明Hg濃度與齒肋赤蘚的脯氨酸含量呈正相關(guān)。孫天國等［24］研究了（Zn2+、Cu2+、Pb2+和Cd2+）溶液對(duì)東亞砂蘚和擬垂枝蘚MDA含量的影響，結(jié)果表明MDA含量具有應(yīng)激效應(yīng)。本研究結(jié)果與前人相似。鈾脅迫類似于其他形式的氧化脅迫，能導(dǎo)致植物體產(chǎn)生大量自由基，這些自由基對(duì)植物細(xì)胞膜有損害作用［25］。植物體能自身形成一種保護(hù)系統(tǒng)來清除自由基以減輕危害［26］。這套保護(hù)系統(tǒng)由抗氧化保護(hù)酶類和非酶抗氧化保護(hù)劑組成。SOD、POD、CAT是3種尤為重要的抗氧化保護(hù)酶。其中SOD能維持機(jī)體的氧化與抗氧化平衡，能清除超氧陰離子自由基（O2-·）保護(hù)細(xì)胞免受損傷；POD能清除植物細(xì)胞中的活性氧，是植物體內(nèi)清除H2O2的關(guān)鍵酶［27］；CAT能夠促進(jìn)H2O2迅速分解為分子氧和水，廣泛存在于植物細(xì)胞中［28］。三者聯(lián)合作用以清除植物體內(nèi)產(chǎn)生過量的自由基和過氧化物［29］。一般而言，植物對(duì)鈾脅迫產(chǎn)生響應(yīng)通常表現(xiàn)為低濃度刺激正向應(yīng)答，高濃度產(chǎn)生抑制作用［30］。本試驗(yàn)中3類苔蘚植物抗氧化保護(hù)酶活性的變化證實(shí)這點(diǎn)，大灰蘚、大灰蘚小型變種、砂蘚的SOD、POD、CAT活性均隨著鈾處理濃度的增加呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，說明低濃度鈾脅迫時(shí)，苔蘚植物開啟抗氧化保護(hù)系統(tǒng)，清理多余的自由基和過氧化物，保護(hù)細(xì)胞免受損傷，而高濃度的鈾破壞了苔蘚植物抗氧化系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)平衡，植物受到過氧化毒害加劇，抗氧化系統(tǒng)機(jī)能減緩。本試驗(yàn)中大灰蘚抗氧化保護(hù)酶活性在鈾濃度為5 μmol/L時(shí)達(dá)到峰值，隨后隨著鈾濃度增加活性降低。大灰蘚小型變種與砂蘚的抗氧化保護(hù)酶活性在鈾濃度為15 μmol/L時(shí)達(dá)到峰值，然后隨鈾濃度增加活性降低，表明大灰蘚小型變種和砂蘚對(duì)鈾脅迫的耐受性優(yōu)于大灰蘚。

本研究結(jié)果表明，鈾對(duì)苔蘚植物莖葉產(chǎn)生了顯著的毒性現(xiàn)象。中低濃度（5～10 μmol/L）鈾脅迫對(duì)3類苔蘚植物可溶性蛋白、脯氨酸含量的累積有一定的促進(jìn)作用，高濃度（15～20 μmol/L）鈾脅迫對(duì)其有顯著破壞作用。3類苔蘚MDA含量隨著鈾濃度的增加顯著上升，3類苔蘚抗氧化酶活性均表現(xiàn)為低濃度（5～10 μmol/L）刺激正向應(yīng)答，高濃度（15～20 μmol/L）產(chǎn)生抑制作用。3種苔蘚對(duì)鈾有一定的累積能力，鈾累積能力表現(xiàn)為大灰蘚小型變種＞大灰蘚＞砂蘚?？梢?，苔蘚植物在一定范圍鈾濃度脅迫下能通過激活抗氧化保護(hù)機(jī)制作出應(yīng)答，以抵抗鈾毒性的傷害，對(duì)鈾有一定的耐受性，同時(shí)大灰蘚小型變種對(duì)鈾的富集能力較好，雖然不及一些超富集植物，但是將苔蘚植物作為鈾礦山荒石漠化地區(qū)生物修復(fù)的先鋒植物，聯(lián)合超富集植物進(jìn)行原位修復(fù)是可行的，具有較好的應(yīng)用前景。

4 結(jié)論

鈾脅迫對(duì)苔蘚植物生長(zhǎng)發(fā)育有一定的毒害作用，表現(xiàn)為莖葉發(fā)黃發(fā)黑、植物體萎縮。3種苔蘚對(duì)鈾的累積能力不及某些超富集植物，因此不能替代超富集植物從土壤中提取鈾，但在鈾礦山荒石漠化地區(qū)中能作為先鋒植物，加速裸巖風(fēng)化、增厚土層，搭配超富集植物聯(lián)合修復(fù)含鈾礦土。中低鈾濃度下苔蘚植物通過調(diào)節(jié)抗氧化保護(hù)系統(tǒng)以抵抗鈾脅迫，這種應(yīng)答在高濃度鈾脅迫下隨著鈾毒性加強(qiáng)，細(xì)胞結(jié)構(gòu)被破壞而受到抑制。其中，大灰蘚對(duì)鈾脅迫的敏感性高于大灰蘚小型變種與砂蘚，可作為鈾污染指示植物。大灰蘚小型變種表現(xiàn)出一定的耐鈾能力和富集能力，有用于鈾礦山苔蘚結(jié)皮-超富集植物聯(lián)合修復(fù)的潛力。