高寒冰缘苔藓植物的生态适应与分子机理研究

Bryophytes, with strong ability tolerant to cold, drought and，barren environments, are one kind of pioneer plants in succession processes. This project intends to investigate biodiversity (including species diversity and genetic diversity), distribution pattern, communities characteristics of bryophytes in four representative glaciers from south to north in western China, including No.1 Glacier, Tianshan and Youyi Feng Glacier, Mt. Altai in Xinjiang, and Big Dongkemadi Glacier, Tanggula Mt. and East Rongbuk Glacier, Mt. Qomolangma in Tibet, respectively. Reproductive strategy，dispersal strategy, and physiological ecological adaptation characteristics will be explored at the same time. What is the role of bryophytes in native vegetation succession process after glacial retreat will be understood. Research on calcium signal changes of Physcomitrella patens under simulated alpine peri-glacial environmental conditions will be carried out. The molecular mechanism of how bryophytes transfer physical and chemical signals, including low temperature and drought, to biological ones will be investigated. The result will broaden research areas and fields of bryology, and deepen understanding and move the research field of drought-resistance and frigid-resistance mechanism of bryophytes. Ecology in cold and arid regions and knowledge about development and evolution of plants in glacier and permafrost regions are expected to be enriched.

苔藓植物是自然界的拓荒者之一, 具有很强的耐寒、耐旱、耐瘠薄等抗逆性状。高山冰缘带通常被认为是陆地上最为极端的生境之一。本项目拟选择中国经度相近，维度从高到低，代表性较高的新疆阿尔泰山友谊峰冰川、天山一号冰川、西藏唐古拉山大冬克玛底冰川和珠穆朗玛峰东绒布冰川退缩迹地作为研究区, 研究苔藓植物的生物多样性（物种多样性、遗传多样性）、生态位、分布格局与群落特征等多方面内容，摸清冰缘特殊环境下苔藓植物的繁殖策略、扩散策略及生理生态适应特征。探明苔藓植物在不同冰川退缩迹地植被原生演替中的作用。模拟高寒冰缘环境条件, 研究模式植物小立碗藓的钙信号变化。探讨在极端寒冷干旱生境条件下的苔藓植物将寒冷和干旱这样的物理和化学信号转变为生物信号的分子机理。本研究项目将拓宽苔藓植物生态学研究的研究领域和区域，并深化苔藓植物抗寒抗旱的机理研究。从而充实和发展冰川冻土、寒区植物的发育、演化和寒区生态学研究。

苔藓植物具有很强的耐寒、耐旱、耐瘠薄等抗逆性状，是环境演替过程中最主要的先锋植物之一。高山冰缘带通常被认为是陆地上最为极端的生境之一。本项目选择了中国从北到南，代表性较高的冰川退缩迹地作为研究区，研究苔藓植物的种类构成、分布格局与群落特征等多方面内容，摸清冰缘特殊环境下苔藓植物的生物多样性、繁殖策略、扩散策略及生理生态适应特征。本研究项目拓宽了苔藓植物生态学研究的研究地域和领域，充实和发展了寒区植物的发育、演化和寒区生态学。. 新疆天山一号冰川、吉木乃冰川、西藏唐古拉山小冬克玛底冰川和察隅24k冰川退缩迹地分别调查到的苔藓植物有81，28，50和54种，主要以藓类植物为主。天山1号冰川消退区最早出现的植物是苔藓植物，而不是地衣。随着冰川后退，微生物群落也逐渐变化，苔藓植物群落逐渐演替，但与微生境有一定的关系。植物类群以真藓科及丛藓科植物为主。. 高山冰缘苔藓植物的繁殖策略以无性生殖为主，雌雄异株比雌雄同株和雌雄杂株更具有优势。在性别分配上出现雌性偏向。高寒环境胁迫下的苔藓植物通过减小植株高度、叶面积等表型特征，同时通过增加可溶性糖和脯氨酸的表达来增加其抗逆性。. 大多数苔藓植物的总黄酮含量是小于5mg/g。光照、着生基质是影响总黄酮含量的生态因子，生长在光照条件下的苔藓植物大多数种的总黄酮含量高。. 在不同的水位条件和光照条件下，暖地泥炭藓光谱曲线表现出很大差异，随着水位的降低其在可见光和近红外的反射率均有升高．不同种类泥炭藓属植物的光谱反射特征具有明显种间差异，主要反映在绿峰、红边的差异上。. 利用特异的抗体及LC-MS/MS方法，从小立碗藓的3,001个蛋白质中鉴定出了11,975个Khib位点。这些Khib修饰蛋白涉及广泛的分子功能及细胞代谢功能，并且具有不同的亚细胞定位。为植物中Khib转录后修饰的首次报道。. 高寒石生藓类王氏黑藓Andreaea wangiana叶绿体基因组总长度为128,815 bp，总GC含量为29.5%；线粒体基因组总长度为117,857bp，总GC含量为42%。随着藓类植物进化程度升高，线粒体基因组大小表现出下降的趋势。