长白山区泥炭地苔藓植物持久孢子库的形成机制

Persistent sexual propagule banks have been an important research issue in plant ecology and phytogeography all the time. However, almost all the understanding and development in the theories derive from vascular plants. Basing on the backgrounds that there are extreme long-term persistent spore banks in bryophytes and a huge knowledge gap on its formation mechanism, this project, focusing on the factors which may affect spore longevity of bryophytes, is designed to study the effects of burial environment, species difference, anti-ageing ability, enzyme activity related to oxidation resistance, ultrastructure, allelopathy and characteristic ecological factors on spore viability and persistence. We try to test the hypotheses: 1) Sphagnum spores hold higher life expectation; 2) Sphagnum peatlands are the better storage sites for bryophyte spores in the Changbai Mountains; 3) long-lived spores possess better anti-ageing ability, oxidation resistance and ultrastructure; 4) spores can be long-lived due to stronger allelopathy of their gametophytes or sporophytes to slow decomposition down; and 5) all the distinct abiotic environmental characteristics are in favor of viability maintenance in Sphagnum spores to develop persistent spore banks? This project is expected to discover the ecological mechanism for bryophytes to form persistent spore banks in peatlands and to facilitate the in-depth studies on spore persistence and persistent spore banks in bryophytes.

持久有性繁殖体库是植物生态学和植物地理学的重要研究内容，然而，该方面的理论认识与发展几乎完全源于维管植物。基于苔藓植物拥有长期持久孢子库、其形成机制存在巨大知识空白的背景，本项目拟针对可能影响苔藓植物孢子寿命的多种因素设计实验，尝试对比研究：埋藏环境、物种差异、孢子抗老化能力、抗氧化相关酶活性、形态与超微结构、孢子体和配子体的化感作用及泥炭地特征生态因子对苔藓植物孢子持久性的影响。项目试图验证假说：1)泥炭藓孢子具有的更大寿命期望；2)泥炭藓泥炭地是长白山区苔藓植物孢子的更佳储藏场所；3)长寿的苔藓植物孢子具有更优的抗老化能力、抗氧化酶活性和超微结构；4)苔藓植物孢子因孢子体或配子体具有更强的化感作用分解缓慢而长寿；5)独特的泥炭地环境特征均利于泥炭藓孢子形成持久孢子库。项目有望揭示泥炭地苔藓植物形成持久孢子库的生态学机制，推动苔藓植物孢子持久性和持久孢子库的深入研究与发展。

泥炭地苔藓植物拥有超长期持久孢子库、其形成机制长期存在知识空白，项目以长白山哈泥泥炭地为主要研究地，以来自泥炭地及周边森林生态系统的十余种苔藓植物为实验物种，开展孢子生态学系列实验，尝试揭示泥炭地苔藓植物孢子库的超长期持久性的生态学机制。研究证实泥炭藓孢子较其他苔藓植物孢子具有的更大寿命期望，但与预期相反，森林泥炭地较泥炭藓泥炭地更适合苔藓植物孢子的储藏，而且自然环境具有高寿命期望的苔藓植物孢子与抗老化能力并无明显线性相关性，表明抗老化能力不能很好得解释孢子长寿性。与项目最初的假设一致，泥炭地中富含酚类物质的地表水甚至泥炭藓的沥出液均可抑制苔藓植物萌发，因此利于其长期保持生活力，泥炭地的贫营养、酸性和贫氧的埋藏环境特征均利于泥炭藓孢子维持生活力。早期研究表明尖叶泥炭藓孢子寿命超600 yr，但本埋藏实验显示大多苔藓植物孢子的寿命期望均超过尖叶泥炭藓，表明泥炭地应存在更长寿的苔藓植物孢子，以老化试验结果粗略估计锈色泥炭藓的孢子寿命有望超过1200yr。拓展实验研究发现，泥炭地相对稳定的水分条件无论干或涝均有利于孢子保持生活力，苔藓植物孢子无论新老均会因火烧产生的高温或者烟而提高萌发力，这些研究都表明泥炭地及周边生态系统相对稳定的环境均可能存在超长期持久孢子库，保持超长期持久孢子库可能是苔藓植物对存在偶发、周期性火烧干扰的重要适应方式，依此苔藓植物方可在泥炭地和森林等生态系统中实现种群的长存。