在今年智利举行的世界苔藓植物学大会上，世界苔藓学会（The International Association of Bryologists）“Riclelf Grolle奖”评审委员会主席、德国波恩大学Dietmar Quandt教授宣布了我校生命科学学院朱瑞良教授荣获2015年度Riclelf Grolle奖。此为世界苔藓学会设立的重要奖项第一次颁发给我国学者。
朱瑞良教授在实验室中观察苔藓样本
世界苔藓学会1969年成立于美国西雅图，是苔藓植物学领域的国际学术组织。Riclelf Grolle 奖以已故苔藓植物大师、德国苔藓学家Riclelf Grolle姓名来命名，每两年遴选一名获奖者，用以表彰世界苔藓植物多样性研究领域所取得的成就。“Riclelf Grolle 奖”评审委员会在颁奖辞中评价朱瑞良教授是苔类植物研究的世界领军专家，也是世界细鳞苔科的权威，在苔类植物的形态、生物多样性以及系统分类和进化研究方面做出了杰出贡献。
朱瑞良教授1989年获我校植物学专业硕士学位并留校任教、2000年获香港浸会大学博士学位，2002年获德国洪堡基金资助赴德国哥廷根大学从事博士后研究，2007年获教育部自然科学奖一等奖，2008年获上海市优秀学科带头人计划和国家杰出青年基金资助，目前是我校紫江特聘教授和终身教授，主要从事植物科学的教学和研究工作。
朱瑞良教授在办公室内养殖的苔藓微景观
时下苔藓微景观的流行，也让人们再次关注到这些古老、微小而又充满生命力的植物。朱瑞良教授表示，由于空气污染加重，室内环境需要植物调节。苔藓植物体积小、易种植且颜色鲜亮饱满，更是具有很强的空气水分调节功能，受到喜爱也是自然。朱瑞良教授同时提醒，种植苔藓在保证水分汲取的同时更要注意通风，以免滋生霉菌而破坏植物生长。
朱瑞良教授介绍，“泥炭藓”具有超强的蓄水功能，能吸收超过自身25倍重量的水，对自然环境中水土平衡的调节有重要作用。“大叶藓”更是有药用价值，对心血管疾病有一定治疗效果。然而，近年来部分苔藓植物遭遇大规模商业采收，引起朱瑞良教授等植物学家们的关注和担忧。
让我们随朱瑞良教授的生动文字，进入植物的“迷你王国”一探究竟。
苔藓植物——植物的“迷你王国”
走进日本的西芳寺，眼前是一片别样的绿意，人们会被其幽静深远的自然情趣和景观所陶醉，而营造出如此氛围的竟然是由一群群个体微小的绿色植物连绵而成的富丽“地毯”，它们具备独特的光泽、细腻的质感。你可能匆匆地把它们归类为“青苔”，其实它们是一类特殊的植物——苔藓植物（bryophyte）。
“迷你王国”知多少
苔藓植物有着古老的历史和生命的传奇。早在中泥盆纪（3.74亿年前至3.60亿年前），它们作为水生至陆生的过渡植物，就开始了征服陆地之旅。如今我们见到的苔藓植物与恐龙时代的并无太大差别，它们因没有维管组织而往往个体矮小，多在几毫米到几厘米之间，被认为是植物的“迷你王国”。苔藓植物的结构也相当简单，没有花、果实、种子，没有真正意义上的根、茎、叶。其所谓的“叶片”，多数由单层细胞组成。然而苔藓植物有胚，属于高等植物。
苔藓植物在生活史中出现两个植物体——配子体和孢子体，其中孢子体寄生在配子体上。多数种类的配子体有类似于“根”、“茎”、“叶”的构造，而孢子体从上至下分成孢蒴、蒴柄和基足三部分。苔藓植物依靠孢蒴产生孢子进行繁殖，形成配子体；再由配子体上的精子和卵受精形成合子，由合子形成胚；胚又发育成孢子体。在自然生态不断衍变的历史长河中，苔藓植物保持着配子体占优势的特点，繁衍至今。
日本西芳寺的白发藓 也是最为常见的苔藓品种
通过肉眼和显微镜的形态结构观察，可以很快把苔藓植物区分为苔类植物（liverwort）、藓类植物（moss）和角苔植物（hornwort）三个门。苔类植物为叶状体或扁平的茎叶体，茎叶体的叶片二列和三列排列，叶细胞内有油体，叶绿体呈颗粒状，蒴柄在孢蒴成熟后伸长，孢子的释放依靠弹丝；藓类植物多圆条状，叶片多列、螺旋着生，叶细胞内无油体，叶绿体呈颗粒状，蒴柄在孢蒴成熟之前伸长，孢子释放依靠蒴齿；角苔植物是扁平的叶状体，无叶片分化，叶绿体呈圆盘状，孢子释放依靠假弹丝，因其孢子体呈角状而得名。
全世界的苔藓植物约有21000种；在自然界中，其物种的数量仅次于被子植物，是高等植物的第二大类群。苔藓植物分布极为广泛，除了海洋之外，在全球各地都有它们的身影：在热带、亚热带森林中密布于树干和树枝，在高海拔地区常形成独特的“苔藓林”。在热带雨林中，一些苔类植物甚至附生在蕨类植物和种子植物的叶面上，造成独特的叶附生现象， 成为叶附生植物区系的主要类群。在一些恶劣的环境中，特别是高山、沼泽、极地等，苔藓植物凭借着它们有效的低温光合作用能力和快速的生理转化能力，常常形成大片群落，成为那里的主角。
大自然的先锋与卫士
作为现存最早登上陆地的绿色植物，苔藓植物在大自然中一直担当着许多重要角色。
首先，苔藓植物继蓝藻、地衣和细菌之后，出现于荒漠、冻原及裸露的岩石上，促进岩石分化，启动土壤的形成。苔藓植物能分泌一些酸性代谢物质，溶解岩面，同时它蓄积空气和降水中的粉尘、水分等物质，也包括本身紧密丛集的残体，历经漫长的岁月，不断堆积，逐渐形成土壤，在此过程中为其他小型动植物和微生物的生长营造微环境。不仅如此，苔藓植物对湖沼陆地化和森林沼泽化也发挥重要作用。一部分苔藓植物有较强的水湿环境生存能力，如泥炭藓属、湿原藓属、镰刀藓属等，它们有效地促进了湖泊、沼泽与陆地的交互演替。泥炭藓等喜湿种类遇适宜条件能够在湖边、沼泽中大量繁衍，上部逐年不断产生新枝，下部则渐次死亡、腐败。腐朽部分愈堆愈厚，沉积于水底，愈益坚实。长此以往，湖泊与沼泽逐渐收缩干涸，趋向陆地化，为陆生高等植物创造生存条件，最终演替为森林。相反，喜湿苔藓植物有强大的储水能力，它们繁殖过剩会导致森林演替为沼泽。正因为苔藓植物在地球岩石圈的改造及生态演替过程中发挥了巨大作用，今天我们的世界才充满了色彩和生命。时至今日，苔藓植物仍在不毛之地和受干扰后的次生生境中担当重要的拓荒者角色，无愧于“陆地先锋植物”的称号。
遍布华师大校园的银叶真藓
华师大校园苔藓－小小缝内有多种苔藓
其次，苔藓植物作为“生态卫士”，对于涵养水源、保持水土、参与水循化和营养循环的正常运转、维持生态系统的稳定，也发挥着巨大作用。苔藓植物一般生长密集，成垫状生长，枝叶交错形成大量有较强吸水性的毛细孔隙。有的植物还具有发达的储水细胞，其吸水量可高达植物体干重的15～20倍，而其蒸发量却只有净水表面的1/5。有科学家曾在吉林长白山做过研究测算，１公顷的高山苔原上有近11吨苔藓分布，饱和蓄水量每公顷可达70吨，下雨后有1/3以上的水源可以被苔藓保存下来。苔藓植物附着于树干、树枝、叶面、岩石和土壤上，有效地防止了降水对土壤的直接冲击，特别是暴雨的冲蚀作用。苔藓植物这种高效的蓄水能力，能帮助遏制洪水泛滥等自然灾害，保卫人类生存环境的安宁。
空气的滤清器
除了发挥大自然先锋与卫士的作用以外，苔藓植物在改善环境质量方面也有巨大的潜力。由于城市化、工业化进程所造成的空前压力，绿地面积大量减少，CO2的排放量急剧增加，随之而来的是大气污染和全球气候变化愈演愈烈。
德国波恩大学的研究人员发现，苔藓植物具有吸收和消化汽车尾气烟雾的功能，是对付尾气烟雾的天然清道夫。随着汽车等交通工具的不断增加，汽车尾气排放量不可避免地成飙升之势，而汽车尾气烟雾中的微小颗粒，特别是直径小于10微米的微粒，对人具有很强的伤害性，严重威胁人们的健康。苔藓植物由于个体微小、相对面积巨大，以及较好的静电吸附能力，可神奇地吸附和吸收空气中的尾气颗粒，包括占尾气40%的有毒成分——铵。德国的研究人员通过相关实验显示，1平方米面积的苔藓植物可吸收20克的尾气颗粒，而德国道路上每年每平方米降落的尾气颗粒平均仅为14克。只要在路边或中央隔离带上种植合适的苔藓植物，就能很好地完成空气清洁的任务。波恩市已从2007年开始，在当地的一条高速公路边及其隔离带上率先种植苔藓植物。
白发藓-微景观常用的苔藓
由苔藓植物所创造的屋顶花园以及其他垂直绿化，给我们带来美感和健康。屋顶花园是近年来与城市高层建筑相适应的一种新的园林形式。因处于建筑顶部，光线强、风大、昼夜温差大，并且受到建筑物承载能力的限制, 所以种植的土层很薄。这样苛刻的生存条件造成可供选择的植物范围极其有限。一些特殊的苔藓植物不仅个体轻巧、营养要求极低,对干旱和寒冷还有很强的抵抗力，在恶劣条件下会休眠，恰好能够适应这些不良的环境条件，实现屋顶绿化。事实上，用苔藓植物构建的屋顶花园不仅是一种特殊的城市景观，也是提高空气质量的有效途径。联合国的环境计划研究指出，当绿屋顶率达70％时，整个城市的CO2含量将减少80％，从而使热岛效应完全消失。
苔藓植物因其美化和净化环境的特殊能力而具有维持费用很低和节水（干旱时休眠）等优势，苔藓草皮正被积极研究和推广。但由于野生的苔藓植物在维持生态平衡中发挥独特作用，在注重环境保护和生物多样性的今天，如何科学地利用苔藓植物已成为当前科学家研究的一个热点问题。苔藓植物有性繁殖的过程复杂费时，很难满足人们对苔藓植物的需求；至于人工的苔藓植物繁育，主要寄希望于通过营养繁殖来实现。目前科学家们正利用组织培养来产生其原丝体和配子体，进行快速繁殖。这既能保证苔藓植物资源的可持续利用，也可满足人们对苔藓植物的需要。相信在不久的将来，苔藓植物会给城市带来更多的绿色。
环境污染的听诊器
苔藓植物往往具有单层细胞的“叶”，能够吸收空气中的物质作为养分，这使得它们对环境污染非常敏感，其敏感性高于种子植物10倍之多。人们利用苔藓植物的这个特点，把它们当作监测空气污染程度的指示植物。早在1968年，在荷兰瓦赫宁根举行的“大气污染对动植物影响”讨论会上，地衣和苔藓被推荐为大气污染的指示生物。近年来，苔藓植物对大气中污染气体和重金属的监测得到更广泛的认可，被誉为名副其实的环境听诊器。
生物反应器
苔藓植物中的模式植物小立碗藓（Physcomitrella patens）具有堪与酵母相媲美的高效同源重组率，有利于对基因组内已知序列功能的探索。同时由于小立碗藓个体小、培养成本低、污染少，适合室内大规模液体培养，因此它也是建立独特的生物反应器的良好选择。
瑞士的研究团队发现，小立碗藓能够轻松地对未经修饰的人或哺乳动物的插入基因进行翻译，产生所编码的蛋白质。研究者大胆推测，苔藓植物可能在数百万年的时间里一直保持着阅读并翻译外来基因的能力。与微生物和动物生产体系相比，小立碗藓对外源基因的转录翻译组装相对准确，并且因为不携带人病原菌和人致癌基因而更具安全性。这些优势使得小立碗藓作为生物反应器制备药物的前景更为广阔。可喜的是，德国和瑞士的科学家已成功地研发，利用小立碗藓生物反应器生产多种蛋白质类药物，诸如治疗糖尿病的胰岛素相关蛋白以及能够修复受损皮肤的血管表皮生长因子。如今，小立碗藓已俨然成为生命科学界所瞩目的一颗新星。
苔藓植物亟待保护
我国拥有广袤的地域和复杂的气候-地理环境，所以苔藓植物资源十分丰富，其物种的数量估计至少占全世界的1/7。但是长期以来，苔藓植物因为形体娇小、不易识别，且没有直接的经济价值，而往往被人们忽视，对苔藓植物的调查与关注也相当不足。由于森林的砍伐、城市化的发展、环境的污染以及全球的气候变化，对环境有极强敏感性的苔藓植物面临着比其他植物更大的威胁。叶附生苔的分布范围随着全球气候变暖而大幅缩小。笔者1989年曾在广东鼎湖山发现10种叶附生苔；时隔20年后，那里的叶附生苔已消失。近年来，部分苔藓植物遭遇无限制的商业采收，资源被破坏。例如，分布面积几乎占整个地球绿地面积1%的泥炭藓，是我国很多湿地的重要植物，长期沉积可形成蕴含高效能量的泥炭。由于泥炭藓生长缓慢，这种资源一旦破坏就很难恢复。在我国西南和东北地区，泥炭藓无管理的采收可能已造成不可恢复的生态破坏。
从苔藓植物的价值以及受破坏的现状来看，我国加快对苔藓植物的物种多样性调查，制定采集苔藓植物的相关法规，强化公众对这种植物的科学认识，乃是迫在眉睫的任务。
苔藓植物的生态作用和应用价值是多方面的。我们相信，保护和研究苔藓植物大有文章可做，让这个绿色“迷你王国”充满生机与活力必定能使人类更健康，使地球的脉搏更有力！
阅读原文 作者：贺琼 朱瑞良 来源：科学杂志（上海）
图文｜朱瑞良 来源｜生命科学学院 主页题图｜吕安琪 编辑｜吕安琪 
