在干旱荒漠生态系统中，降水稀少且时空分布极不稳定，植物常面临频繁的失水胁迫。为了适应严酷环境，植物进化出了多种应对策略。其中，通过挥发性有机物（Volatile Organic Compounds，VOCs）进行信息传递和风险预警，被认为是高等植物提高环境适应能力的重要机制。然而，这种“空气中的语言”是否存在于更古老的非维管植物中，长期以来尚不清楚。

荒漠藓类是生物土壤结皮的重要组成部分，在维持荒漠生态系统稳定、促进退化生态系统恢复等方面发挥着重要作用。作为最早登陆的植物类群之一，藓类具有极强的失水耐受能力，其如何感知环境变化并协调群体响应仍缺乏深入认识。

针对这一科学问题，中国科学院西北生态环境资源研究院贾荣亮研究员团队，以腾格里沙漠优势荒漠藓类——土生对齿藓（Didymodon vinealis）和齿肋赤藓（Syntrichia caninervis）为研究对象，系统分析了荒漠藓类挥发性有机物组成，并模拟其在失水—复水循环过程中的种内通讯过程，探究挥发性有机物在荒漠藓类适应干旱环境中的生态功能。

研究共检测到333种挥发性有机物，包括异戊二烯类、萜类、酮类及芳香族化合物等。结果表明，不同降水条件显著改变了荒漠藓类挥发性有机物的释放组成和相对丰度，其中来源于脂氧合酶（LOX）途径和MEP/MVA途径的化合物对降水变化表现出明显响应。

图1. 不同降水量（0、0.2、1、5 mm）下， Didymodon vinealis 和 Syntrichia caninervis 苔藓结皮释放的挥发性有机化合物（VOCs）组成及相对丰度变化

进一步的通讯模拟实验发现，当“接收者”藓类感知到经历失水—复水循环个体释放的挥发性有机物后，其生理状态发生显著变化。土生对齿藓接收者的可溶性糖和非结构性碳水化合物含量显著提高；齿肋赤藓接收者则表现出更高的非结构性碳水化合物储备。这表明荒漠藓类能够通过空气中的化学信号感知邻近个体的环境状态，并提前启动抗逆准备。研究还发现，这种挥发性有机物诱导的生理增强效应可持续1–7天。在后续轻度降雨模拟实验中，接收者个体在非结构性碳水化合物积累和抗氧化酶活性等方面普遍表现出更强的抗逆能力，显示出典型的“防御预激（priming）”特征。换言之，荒漠藓类能够通过提前接收来自邻居的干旱信号，为未来可能到来的环境胁迫做好准备。

图2. 荒漠苔藓中由挥发性有机化合物（VOCs）介导的种内通信及其对干旱胁迫响应的整体示意图

该研究首次证明了荒漠藓类存在挥发性有机物介导的种内通讯现象，揭示了非维管植物利用空气化学信号增强环境适应能力的新机制。研究结果不仅拓展了植物挥发性有机物通讯理论在早期陆生植物中的适用范围，也为理解植物登陆早期的环境适应策略提供了新的证据，对预测干旱区生态系统稳定性及其对全球变化的响应具有重要科学意义。

相关研究成果以“Intraspecific communication through volatile organic compounds in the mosses Didymodon vinealis and Syntrichia caninervis from an arid temperate desert”为题，发表在植物学领域经典期刊Annals of Botany。中国科学院西北生态环境资源研究院硕士研究生万雨晨为第一作者，贾荣亮研究员为通讯作者。

原文链接：https://doi.org/10.1093/aob/mcag137

撰稿人：万雨晨

发布人：高艳红