楊冬萍，楊星云，王雪梅，胡金朝

（西昌學(xué)院資源與環(huán)境學(xué)院，四川 西昌 615013）

0 引言

苔蘚植物門包括苔綱（Hepaticae）、蘚綱（Musci）和角苔綱（Anthocerotae），在中國約有2 000余種［1］。苔綱包含至少330屬，約8 000種苔類植物；蘚綱包含近700屬，約15 000種蘚類植物；角苔綱有4屬，近100種角苔類植物。我國蘚類約1 900余種，分布于南北各省地區(qū)，其對生存環(huán)境要求較高，大部分一般生長在森林茂密的高山深谷中［2］。苔蘚植物沒有真正的根和維管組織系統(tǒng)［3］，對大氣中污染物的吸附能力較強［4］，同時由于元素?zé)o法在體內(nèi)長距離運輸，其積累的重金屬物質(zhì)主要源于大氣沉降。因苔蘚植物獨特的生理和代謝特征［5-6］，常被用作監(jiān)測環(huán)境的植物。

苔蘚監(jiān)測分為被動監(jiān)測和主動監(jiān)測。被動監(jiān)測是利用就地生長的苔蘚監(jiān)測環(huán)境［7］，如活蘚法，適用于苔蘚植物易采集且個體較大的地區(qū)［8］。主動監(jiān)測是根據(jù)某一標(biāo)準，將特定的苔蘚植物移植到被污染環(huán)境中進行監(jiān)測［9］，如蘚袋法，將采集的苔蘚制作成蘚袋，暴露在被污染的環(huán)境中，適用于苔蘚植物少的地區(qū)［10］。相較于活蘚法，蘚袋法可以確定苔蘚暴露在被污染環(huán)境中的時間及有效控制變量，并且可靈活地選擇監(jiān)測點的位置和數(shù)量，可以避免許多外界因素的干擾［11］。

西昌市對苔蘚植物的研究還在初步階段。為了篩選出適宜西昌地區(qū)大氣重金屬監(jiān)測的苔蘚植物，本研究通過采集西昌市主要地區(qū)的苔蘚植物，對其進行種類鑒定、生理生化特征分析測定，綜合生理生化數(shù)據(jù)和重金屬富集量，篩選出適合西昌地區(qū)大氣重金屬監(jiān)測的優(yōu)勢種。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

西昌市位于川西高原的安寧河平原腹地，東經(jīng)101°46′～102°25′，北緯27°32′～28°10′。

1.2 采樣點布設(shè)與樣品采集

根據(jù)苔蘚植物在西昌市的分布情況及空氣監(jiān)測站的布設(shè)點位在5個區(qū)域布點，位置如圖1所示。于2019年1月，在每個樣區(qū)中有苔蘚植物的樣地內(nèi)按 5 點取樣法設(shè)置 5 個 10 cm×10 cm 的小樣方，采集小樣方內(nèi)的所有苔蘚植物［12］。

圖1 采樣地區(qū)

1.3 實驗室分析

各區(qū)域采集的苔蘚植物分成3份，分別用于種類鑒定、生理指標(biāo)檢測和重金屬檢測。

1.3.1 主要儀器與試劑

儀器：微波消解儀（WX-7000HP，上海屹堯儀器科技發(fā)展有限公司）；臺式冷凍離心機（TGL-1650，四川蜀科儀器有限公司）；體式解剖顯微鏡（SMZ-171，Motic）；ICP-MS（NexlON2000，PE）；水浴鍋（SCH-6A，上海舍巖儀器有限公司）；天平（FA1204N，上海舍巖儀器有限公司）。

試劑：Na2HPO4、NaH2PO4·2H2O、H2O2、鹽酸（均來自成都市科隆化學(xué)品有限公司、分析純）；核黃素（成都市科龍化工試劑廠、分析純）；90%乙醇（成都金山化學(xué)試劑有限公司，分析純）；甲醇、碳酸鈣、氫氧化鉀（均來自恒興試劑、分析純）；石油醚、無水硫酸鈉（均來自天津市大茂化學(xué)試劑廠、分析純）。

1.3.2 苔蘚種類鑒定

用濾紙擦干植物表面水分，用體視解剖顯微鏡對苔蘚植物進行觀察并拍照。將其在體視解剖顯微鏡下的照片以及苔蘚植物的外部結(jié)構(gòu)、性狀與中國數(shù)字植物標(biāo)本館（Chinese Virtual Herbarium，簡稱CVH）中苔蘚植物標(biāo)本、中國植物物種信息數(shù)據(jù)庫、植物檢索表、《中國生物物種名錄——苔蘚植物》［13］等進行對比，對苔蘚植物進行種類鑒定。

1.3.3 生理生化指標(biāo)測定

采用紫外分光光度法測定過氧化氫酶（CAT）活性以及葉綠素、類胡蘿卜素、花青素含量［13］；采用考馬斯亮藍G-250比色法測定可溶性蛋白含量［14］；采用氮藍四唑（NBT）光化還原法測定超氧化物歧化酶（SOD）活性；采用愈創(chuàng)木酚法測定過氧化物酶（POD）活性。

1.3.4 重金屬含量測定

樣品去除雜質(zhì)后用自來水沖洗干凈，再用去離子水沖洗3遍，晾干后于干燥箱內(nèi)40 ℃烘48 h至恒重。用陶瓷研缽將樣品研碎，過篩，存放于廣口瓶內(nèi)。為避免對試驗結(jié)果產(chǎn)生影響，操作中不使用金屬器具［16］。每份樣品均勻稱取500 mg，加入8 ml HNO3和2 ml H2O2進行微波消解，消解后定容至100 ml待測。采用ICP-AES法分別測定樣品中的Pb、Cr、Fe、Cu和Zn這5種重金屬元素。

1.3.5 數(shù)據(jù)處理

用Origin2022軟件繪制圖表，用SPSS26軟件進行相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 苔蘚植物種類鑒定結(jié)果

所選5個采樣點共采集鑒定了5種苔蘚植物，其中市政府片區(qū)2種，其余4個采樣點均只有1種（表1），總體來說，所選取的5個采樣點苔蘚植物種類偏少。

表1 苔蘚植物種類鑒定

2.2 苔蘚生理生化指標(biāo)測定結(jié)果

2.2.1 色素

葉綠素含量變化表示光合作用的強弱，并可表征在逆境下的植物組織、器官生理以及衰老狀況。苔蘚植物喜陰，高含量的葉綠素對苔蘚植物在弱光中的捕獲能力有支持作用，增加光合速率［17-18］。類胡蘿卜素可以消耗過剩光能，防止過多光照對葉綠體的傷害，促進光合作用［19］。花青素是存在于自然界植物中的一類天然色素，由花色苷水解得到的一類苷元［20］，具有清除自由基、抗氧化和抗突變的能力，維持植物健康狀況。

大灰蘚、大羽蘚、美喙蘚和牛舌蘚中各種色素質(zhì)量分數(shù)大小均依次為花青素＞總?cè)~綠素＞葉綠素a＞類胡蘿卜素＞葉綠素b，而鱗葉蘚中各色素質(zhì)量分數(shù)大小依次為總?cè)~綠素＞葉綠素a＞花青素＞類胡蘿卜素＞葉綠素b。綜合各色素質(zhì)量分數(shù)分析，美喙蘚、大灰蘚和牛舌蘚富集色素能力相對較強（圖2），光合作用強，植物生長優(yōu)勢較為明顯。

圖2 西昌市苔蘚植物色素質(zhì)量分數(shù)

2.2.2 可溶性蛋白

可溶性蛋白作為植物抗旱以及生長發(fā)育的重要物質(zhì)之一［21］，是植物生長的重要調(diào)節(jié)物質(zhì)，具有供能和維持滲透壓的能力，緩解逆境帶來的傷害［22］。

從圖3可以看出，大灰蘚和牛舌蘚中可溶性蛋白質(zhì)量分數(shù)相對較高，其次為美喙蘚，再次為鱗葉蘚，大羽蘚中可溶性蛋白質(zhì)量分數(shù)非常小。綜上推測，大灰蘚、牛舌蘚和美喙蘚抗逆境能力相對較強，鱗葉蘚較弱，大羽蘚最弱。

圖3 西昌市苔蘚植物可溶性蛋白質(zhì)量分數(shù)

2.2.3 抗氧化酶

研究［23］顯示，植物活性氧自由基的產(chǎn)生和清除是2個相反的過程，只有在這2個過程達到平衡時活性氧自由基才能保持在較低水平，避免細胞受損。SOD、POD、CAT是植物適應(yīng)多種逆境脅迫重要的酶類，其中SOD是植物清除O2-的有效酶，可將O2-轉(zhuǎn)化為氧化作用相對較強的H2O2，而POD、CAT則進一步轉(zhuǎn)化為H2O和O2的有效酶。從圖4可以看出，5種苔蘚植物中均是POD酶活性最大，其次是SOD，再次為CAT；綜合來看，牛舌蘚和大灰蘚抗氧化酶活性最高，其次是美喙蘚，其清除與轉(zhuǎn)化自由基的能力相對較強，使活性氧自由基處于較低水平。

圖4 西昌市苔蘚植物抗氧化酶活性

2.2.4 重金屬指標(biāo)

已有研究表明，不同苔蘚植物對同一重金屬的富集程度不同，同一苔蘚植物對不同重金屬的富集程度也不同［24］。

通過試驗測得西昌市4種苔蘚植物重金屬質(zhì)量分數(shù)如圖5所示（大羽蘚由于個體過小未測定）。綜合來看，美喙蘚富集金屬能力最強，鱗葉蘚較強，牛舌蘚、大灰蘚相對較弱。

圖5 西昌市苔蘚植物5種金屬質(zhì)量分數(shù)

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

杜慶民等［25］研究顯示，蘚袋內(nèi)重金屬含量與大氣降塵量及大氣顆粒物含量之間具有良好的相關(guān)性，并指出了蘚袋法具有背景濃度明確、不易受干擾、測點靈活、推廣簡便、經(jīng)濟等優(yōu)點，蘚袋法監(jiān)測總數(shù)量和地點靈活，特別是城市中由于建設(shè)可能導(dǎo)致本土苔蘚植物缺失而無法采用活蘚監(jiān)測，因此蘚袋法更加適用于城市或工業(yè)區(qū)大氣質(zhì)量的監(jiān)測及主要污染源定位［26-27］。西昌市冬季氣候干燥少雨，苔蘚植物種類和數(shù)量少，無法采集到適量的苔蘚，因此篩選適宜的苔蘚制作蘚袋能夠滿足西昌市全年的監(jiān)測的要求。根據(jù)上述對苔蘚植物生理生化等指標(biāo)的分析，篩選出前3位苔蘚植物（表3）。

表3 最適物種篩選匯總

我國常見的蘚袋法采用的苔蘚植物有泥炭蘚（Sphagnumspp.）［28］、絹 蘚（Entodom）［29］、大灰 蘚（Hypnum plumaeforme）［30］等，同時灰蘚科與青蘚科使用也較多。通過調(diào)查比較，美喙蘚與鱗葉蘚適宜于西昌地區(qū)的監(jiān)測。

3.2 結(jié)論

1）不同苔蘚植物對重金屬的富集能力不同，西昌市苔蘚植物中美喙蘚和鱗葉蘚富集重金屬能力相對較強，適合作為西昌大氣重金屬污染的監(jiān)測植物。

2）鱗葉蘚受重金屬脅迫作用響應(yīng)明顯，其各項生理特征（光合作用、新陳代謝等）均較美喙蘚受影響變化較大。

3）由于西昌市冬季苔蘚植物種類數(shù)量較少，采樣不易，部分苔蘚較小無法檢測，所以蘚袋法更適宜西昌市的苔蘚監(jiān)測。