石河子大学首创沙漠耐干苔藓齿肋赤藓线粒体提取新方法，助力极端环境生物学革新

近日，石河子大学生命科学学院李鸿彬/卓露研究团队在植物学权威期刊Plant Methods发表了题为Establishment of a Low-Temperature immersion Method for Extracting High-Activity and High-Purity Mitochondria fromSyntrichia caninervisMitt.的研究论文。该研究针对极端耐受型沙漠苔藓齿肋赤藓，首创低温浸泡结合梯度离心的线粒体提取技术，成功解决了耐干苔藓植物线粒体分离难、活性易失的技术瓶颈，为极端环境植物亚细胞水平研究提供了标准化技术方案。

作为古尔班通古特沙漠生物土壤结皮的优势物种，耐干苔藓齿肋赤藓具备超强的脱水耐受、抗高温及抗辐射等极端环境适应特性，是解析植物应激适应机制的理想模式生物。线粒体作为细胞能量代谢的核心细胞器与应激信号传导的关键枢纽，其功能机制的系统解析是揭示齿肋赤藓极端耐受能力分子基础的核心突破口。然而，齿肋赤藓的细胞壁结构坚韧，且其膜系统在干旱胁迫下呈现出极强的机械韧性，传统机械研磨法或酶解法易造成线粒体结构完整性破坏及生理活性丧失，这一技术瓶颈严重制约了相关领域研究的深入开展。

图1：极端耐干苔藓齿肋赤藓线粒体提取流程示意图

针对上述技术瓶颈，研究团队通过多轮系统优化与靶向改良，建立了一套专为极端耐受型苔藓量身定制的线粒体高效提取流程，其核心创新点如下：预处理阶段的低温渗透创新：团队摒弃传统机械研磨的粗放式处理，采用 4℃低温浸泡（8-12 h）策略，使提取缓冲液充分渗透至齿肋赤藓致密的细胞间隙。该设计既从源头避免了机械力对线粒体结构的物理性破坏，又通过低温环境精准抑制内源酶的活性，最大化保障了线粒体膜结构的完整性与生理稳定性，解决了干旱适应型苔藓预处理阶段的核心痛点。缓冲液配方的靶向优化：突破传统蔗糖维持渗透压的常规方案，创新性采用山梨醇作为渗透压调节剂，显著减少线粒体在提取过程中的聚集与碰撞损伤；同时针对性配伍 HEPES 缓冲剂、蛋白酶抑制剂（PMSF）及抗氧化剂（抗坏血酸钠）等复合保护成分，构建了 “渗透压稳定 - 蛋白酶抑制 - 氧化损伤防护” 的三重保护体系，有效规避了线粒体在提取过程中的氧化应激与蛋白酶降解风险，大幅提升了线粒体的活性保留率。纯化工艺的组合创新：建立 “差速离心 + 23%/35%/42% 不连续 Percoll 密度梯度离心” 的两步纯化策略。通过差速离心初步去除细胞碎片、细胞壁残渣等大颗粒杂质，再利用 Percoll 密度梯度的精准分层效应，高效分离叶绿体、细胞质基质等非线粒体组分，实现了线粒体与杂质的高效分离，使最终提取产物的纯度得到质的提升，为后续功能解析提供了高纯度的实验材料。

图2：极端耐干苔藓齿肋赤藓线粒体提取纯度与产量验证图

该方法不仅成功攻克了齿肋赤藓线粒体提取的技术瓶颈，其靶向优化思路还可为耐旱、耐辐射等其他极端耐受植物的线粒体分离提供创新性技术参考，为系统解析线粒体在极端环境适应中的能量代谢供给、ROS 稳态调控及应激信号传导等核心机制，奠定了关键技术支撑。同时，该技术体系的建立将进一步赋能齿肋赤藓作为首个火星存活候选植物的相关研究，为极端环境适应机制的跨学科探索提供有力工具，极大推动极端环境植物生理学与分子生物学的交叉融合发展。

石河子大学为论文第一完成单位，生命科学学院研究生霍文婷为第一作者，李鸿彬教授、卓露副教授为通讯作者，研究团队还包括高梦宇、施翔等成员。研究得到国家自然科学基金）；2025 年 “天池英才” 基金；2023 年兵团发展专项 - 博士后专项资助的资助。

https://plantmethods.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13007-025-01419-z