植物对水分胁迫的抗性是经过遗传变异和自然选择而逐渐形成的，这种胁迫抗性与植物的内部结构、生理状况有密切的关系^[1]。青藏高原平均海拔在4 000 m以上，被称为世界的第三级^[2]，年均气温4.8 ℃，森林覆盖率仅有4%，且近年来沙漠化现象突出，降水表现出明显的地域性，从东南向西北递减(4000—20 mm)^[3]，季节分配极不均匀^{[4, 5, 6]}。青藏高原的低温、缺水环境可导致植物受到水分胁迫的影响，低温可能是最重要的影响因子，但水分的作用也同样存在，并对植物的生理活动造成直接的影响^{[2, 3, 5, 6]}。干旱胁迫常导致植物内活性氧的积累，从而对植物造成氧化胁迫^[7]。为了保护自身免受伤害，植物进化出了有效的抗氧化系统以清除活性氧，如抗氧化酶和非酶抗氧化物质以及渗透调节物质等^[8]。自20世纪90年代以来，有关水分胁迫抗性生理评价的研究已在灌木、乔木中广泛开展^{[8, 9, 10, 11]}。研究认为：丙二醛(MDA)、脯氨酸、可溶性蛋白质等可以作为植物抗逆性生理评价的重要指标，细胞通过大量积累渗透调节物质以保持膨压维持植物的生理过程，MDA含量反应植物细胞膜的受伤害程度，可溶性糖的积累有利于提高细胞膨压，脯氨酸含量增加可防止细胞脱水等^{[5, 6, 7, 8, 9, 10, 11]}。但以青藏高原灌木、亚灌木为研究对象，通过测定生理指标筛选抗旱植物的研究却很少，主要集中在地被植物或灌木的资源调查、引种选育等方面。杨元合等^[12]对地被植物与气候因子的关系展开研究，胡建莹^[13]等通过分析青藏高原优势叶片结构，探索植物与生态因子的关系，黄颜梅等^[14]采用人工干旱对比盆栽试验的方法，探讨在水分胁迫下西藏柏木的抗旱机制。但目前国内外对青藏高原植物的研究在物种选取和指标测定上还有较大的局限性，未能全面的对植物的抗旱能力进行综合评估，且该地区温度、光照等环境因子对植物的影响变化尚不清楚。

本试验以6种青藏高原常见植物：红花岩黄芪(Hedysarum multijugum)、西北沼委陵菜(Comarum palustre)、 鲜黄小檗(Berberis diaphana)、鲜卑花(Sibiraea laevigata)、树锦鸡儿(Caragana arborescens)、 砂生槐(Sophora moorcroftiana)为试材进行干旱胁迫模拟盆栽试验。因6种植物多生长于3000—4000 m高海拔地区的沙地、山坡、沟谷、河岸，具深根性，耐干旱瘠薄土壤，枝叶多具刺或披粉质蜡层等抗旱特征，故选此6种植物为试材。试验通过对比6种苗木叶片中丙二醛(MDA)、脯氨酸、可溶性蛋白质、叶绿素、可溶性糖、淀粉含量的变化，运用主成分分析法对各植物抗旱性进行综合、定量评价，比较其抗旱能力。由于对此6种植物的抗旱性研究极少，故本试验可为青藏高原干旱地区植物抗旱评价指标的建立和抗旱植物的筛选提供基础数据和科学依据。

选择该6种植物的2年生播种苗，苗木种子采集地点都为青海，排除了不同地域种源造成的差异，苗木培育地为甘肃省天水市小陇山林科所苗圃内，地理纬度105°54′37″E、34°28′50″N，试验区平均海拔1160 m，年降水量600—800 mm，日均温度为21.7 ℃，苗木生长情况见表 1。试验地设在小陇山林科所大棚内，大棚内气温比外界平均高出1.8 ℃，空气湿度均为58.7%，土壤中性偏碱，pH值为7.2。于2012年3月采用30 cm×30 cm花盆上盆进行盆栽，每种植物60盆，采用森林土 ∶ 泥炭土 ∶ 鸡粪=7 ∶ 2 ∶ 1的土壤作为基质，其容重为(0.87±0.03) g/cm³，田间持水量为(46.59±4.05)%，待苗木恢复生长后进行试验处理。

对苗木进行日常浇水管理，选取长势良好、生长情况相近的6种苗木各30株，于2012年7月14日对所有供试苗木浇透水后，对花盆进行套袋处理，以防止土壤水分蒸发而影响叶片蒸腾耗水的研究，并于当日采样，作为供试苗木正常水分条件的对照，之后在干旱第4、8、7、12、16、20、24天采样，同种每次取3株进行试验，定期监测土壤含水量及其占田间持水量的比例(表 2)，每次选用未取过叶片的植株进行试验，用以测定苗木叶片的丙二醛(MDA)、脯氨酸、可溶性蛋白质、叶绿素、可溶性糖、淀粉含量。设定土壤含水量占田间持水量80%以上为正常水平，50%—70%为轻度干旱，30%—50%为中度干旱，低于30%为重度干旱^{[10, 11]}。

用土壤含水量快速测定仪Easttest(美国)测定体积含水量(土壤质量含水量(%)=体积含水量(%)/土壤容重(g/cm³)，通常认为1 g水的体积为1 cm³。

丙二醛含量的测定用硫代巴比妥酸(TBA) 法^[15]；脯氨酸含量的测定用酸性茚三酮法^[15]；可溶性蛋白含量的测定用考马斯亮蓝G-250 法^[15]；叶绿素含量的测定用丙酮法^[15]；可溶性糖与淀粉含量的测定用蒽酮比色法^[16]。

试验中的数据统计由Microsoft Excel和SAS8.1软件完成。

从表 3可以看出，正常水分条件下6种苗木叶片MDA含量存在较大差异。当苗木遭受干旱胁迫时，随着土壤含水量的减少，MDA含量都表现出逐渐增加的趋势，且明显高于对照，0—12 d增幅较缓慢，16 d后增幅显著。砂生槐的MDA含量变化最小，只比对照增加了0.62 mmol/g；各苗木的峰值与对照相比，增幅差异较大，从小到大依次为：树锦鸡儿＜砂生槐＜鲜黄小檗＜鲜卑花＜红花岩黄芪＜西北沼委陵菜。可见干旱胁迫对不同苗木叶片中MDA含量有不同的影响，方差分析表明，干旱胁迫24 d后6种苗木间叶片的MDA含量差异显著(P＜0.05)，与正常水分条件相比差异显著(P<0.05)。

对照组中6种苗木叶片脯氨酸含量接近，平均为396.73 mg/g。随着水分胁迫的加剧，脯氨酸含量都呈明显上升的趋势，种间差异显著。轻度干旱(8 d)之后，鲜黄小檗、树锦鸡儿、砂生槐的脯氨酸含量有明显的增加且始终高于其他植物，而另3种植物的脯氨酸含量则增长缓慢。6种植物都在重度干旱胁迫时期(24 d)达到最大值，其中砂生槐最高，为9981.67 mg/g。脯氨酸含量峰值与对照值相比，砂生槐增加最多为37.43 倍，鲜卑花最小为0.49 倍。方差分析表明，水分胁迫24 d后种间差异极显著(P＜0.01)(表 4)，与对照组比较差异极显著(P＜0.01)，脯氨酸含量增幅由大到小依次为：砂生槐>树锦鸡儿>红花岩黄芪>鲜黄小檗>西北沼委陵菜>鲜卑花。

从表 5可以看出，6种苗木可溶性蛋白质含量差异较大，树锦鸡儿、砂生槐始终高于其他植物，红花岩黄芪的含量最低。在干旱胁迫逐渐加深的情况下，苗木叶片中可溶性蛋白质含量总体表现出现增大后减小的规律，且所有测定值均高于正常水分条件下的可溶性蛋白质含量。轻度干旱时期鲜卑花达到第一个峰值，其余苗木较稳定；中度干旱时期红花岩黄芪最先达到峰值7.66 mg/g，增幅也最大，为3.42%；重度干旱时期所有植物都在达到峰值之后开始降低，砂生槐的降幅最大为-39.22% 。各苗木间峰值含量差异显著(P＜0.05)。鲜卑花和红花岩黄芪可溶性蛋白质的增幅(341.37%、241.87%)明显高于其他植物，树锦鸡儿、砂生槐的增幅最小约为13%。

6种苗木叶片的叶绿素含量在干旱胁迫下总体呈现先降低再升高最后再降低的趋势，但各植物间存在显著性差异(P <0.05)(表 6)。正常水分条件下，树锦鸡儿的叶绿素含量最高为47.79 mg/g。轻度干旱胁迫时期，各植物均有所下降，红花岩黄芪仅下降了0.16 mg/g，西北沼委陵菜下降最多为24.18 mg/g。而在中度干旱时期，苗木的叶绿素含量开始出现回升，且各种植物间均存在显著差异(P<0.05)，这可能是由于叶片含水量降低使叶绿素含量相对升高导致。进入重度干旱胁迫时期，红花岩黄芪、西北沼委陵菜、鲜黄小檗的叶绿素含量依旧上升，其余3种植物的叶绿素含量开始下降，24 d时所有植物的叶绿素含量均低于对照值，下降最多的为西北沼委陵菜(15.43 mg/g)。

从表 7可知苗木叶片可溶性糖含量在干旱胁迫下逐渐升高。在水分充足的环境中，各植物间叶片可溶性糖含量差异较小，平均为4.06%，其中西北沼委陵菜最高为4.69%。轻度干旱胁迫时期，各植物均有小幅度上升，砂生槐受到干旱的影响最小，仅上升0.09%，西北沼委陵菜上升幅度最大，为0.75% 。而在中度干旱时期，苗木的可溶性糖含量出现大幅度上升，并且各无性系之间存在显著差异(P<0.05)，与对照相比鲜黄小檗增幅最大为66.29%，鲜卑花最小为24.87%。进入重度干旱胁迫时期，叶片可溶性糖含量依旧上升，但各植物上升幅度不同，除砂生槐快速上升外，其余5种植物增幅逐渐减小并趋于稳定。

从表 8可知，正常水分条件下6种植物间叶片淀粉含量差异较大。其中砂生槐、鲜黄小檗和树锦鸡儿的含量较高，分别为4.90%、4.48%、4.28%，其余3种植物较低。当苗木遭受干旱胁迫时，随着土壤含水量的减少，植物叶片中的淀粉含量都表现出逐渐减少的规律。在轻度干旱胁迫时期，各植物淀粉含量较对照只有少许减少，中度干旱时期除锦鸡儿少量降低外，其余5种植物都呈大幅度降低，平均降幅为46.63%。重度干旱时期，淀粉下降趋于平缓，砂生槐含量最少为1.14%，与对照相比，淀粉含量降低幅度从大到小依次为：砂生槐﹥鲜黄小檗﹥树锦鸡儿﹥鲜卑花﹥红花岩黄芪﹥西北沼委陵菜。干旱胁迫24 d后6种苗木的淀粉含量差异显著(P＜0.05)，与正常水分条件相比差异显著(P<0.05)。

水分胁迫下植物各个生理生化因子都出现相应变化，并有一定相关性。本试验采用主成分分析法，选择出影响植物抗旱性的主要生理指标，全面、系统地分析问题^[17]，对6种苗木的抗旱性能进行综合评价。干旱胁迫对苗木生理指标的主成分分析表明(表 9)：主成分1、2的累计贡献率达到86.49%(大于85%^[18])。第1主成分中叶绿素系数最大，淀粉和丙二醛次之；第2主成分中可溶性糖系数最大。因此，叶绿素是反映试验苗木抗旱性能的最重要指标，其次是淀粉、丙二醛、可溶性糖。

根据各种植物各生理指标的值与主成分1,2的特征向量的乘积累加，并用贡献率与累加之和相乘进行加权，将同一种植物的各个生理指标加权值求和，就可得出各植物的主成分综合得分，得分高的植 物抗旱性强。由表 10可知，干旱胁迫下6种植物的抗旱性由强到弱依次为：树锦鸡儿、红花岩黄芪、砂生槐、鲜黄小檗、鲜卑花、西北沼委陵菜。

逆境下植物的膜脂过氧化及保护酶、渗透调节物质往往发生变化。丙二醛的积累是反映细胞膜脂过氧化作用的重要指标^[19]，是鉴定植物抗旱性强弱的常用依据^{[20, 21]}，MDA增幅小的植物耐旱性较强^{[22, 23]}。本试验中，树锦鸡儿在轻、中度干旱时期都维持在较稳定的水平，在重度干旱胁迫时增幅最小，表明其细胞膜受损程度小，有较强的防止膜脂过氧化作用的能力。这与对青藏高原江孜沙棘等4种灌木^[24]及玉米自交系抗旱^[25]的MDA含量变化研究结果一致。

脯氨酸是植物对干旱胁迫反应较为敏感的一种渗透调节物质^{[26, 27]}，其含量与植物抗旱能力成正比^{[28, 29, 30]}。试验中树锦鸡儿、砂生槐的脯氨酸含量及增幅远高于对照及其他植物，说明其对干旱胁迫起到了缓冲保护的作用。但李燕等^[31]对皂荚苗木的干旱胁迫研究中脯氨酸含量为先增加后降低，可能是由于干旱后期植物生理机能紊乱而导致的结果，也可能是因为青藏高原低温影响使脯氨酸的降解有滞后性。

植物为避免干旱胁迫造成的蛋白质、核酸等物质的破坏，会诱导产生抗逆蛋白质以维持植物细胞较低的渗透势^{[32, 33]}，张晓海等^[34]也证实：抗旱性强的植物在干旱胁迫条件下可溶性蛋白质含量高。本研究中，红花岩黄芪、鲜黄小檗可能是先到达了耐受胁迫的极限，干旱后期代谢受阻可溶性蛋白质逐渐降解。

叶绿素含量是植物光合作用的一种体现，抗旱性越强的植物在水分胁迫条件下叶绿素含量的变化幅度也越小^{[35, 36]}。本研究中随着干旱胁迫程度的加深植物叶片叶绿素含量呈现小幅度波动，但总体为下降趋势。树锦鸡儿在中度干旱时期叶绿素含量逐渐降低，这可能是由于叶片含水量的减少导致叶绿素浓缩，这与冯玉龙等^[37]的研究结论相同。也有研究表明水分胁迫对光合作用的抑制有滞后性^[38]，因此试验中叶绿素含量的不规则波动可能是降解滞后性和叶绿素浓缩的综合作用，也可能与青藏高原地区低温、强光照的自然环境有关系。

叶片淀粉含量的减少有助于可溶性糖含量的增加,使植物在较低叶水势下保持较高膨压,以减缓水分胁迫的不利影响^{[39, 40, 41]}。本试验中，干旱下6种苗木淀粉累积量均低于对照，这可能是由于苗木的生理代谢减弱,光合产物以淀粉形式的累积减少造成的。抗旱性越强的品种,淀粉含量下降的幅度和可溶性糖含量增加的幅度越大^[41]。16 d后苗木叶片中淀粉、可溶性糖含量趋于平缓，表明水分胁迫的延长导致了物质分解、合成的减少，也说明植物的渗透调节能力是有限的。

供试苗木中红花岩黄芪、西北沼委陵菜为亚灌木，砂生槐、鲜黄小檗、鲜卑花、树锦鸡儿为灌木。其中树锦鸡儿、红花岩黄芪、砂生槐都属豆科植物，在6种植物中表现出了较强的抗旱性。树锦鸡儿为生长高度最大可达到5—7 m的大灌木，深根性，适应性强，抗严寒，耐干旱瘠薄土壤，可在沙地生长，在试验中各项生理指标也综合表现出了较强的抗旱性。红花岩黄芪、砂生槐部分枝叶密被短柔毛的形态特征也为其在青藏高原地区生存提供了更好的适应性。鲜黄小檗为小檗科落叶灌木，叶缘具刺齿，叶坚纸质，从生理指标角度观察在6种植物中抗旱性一般。鲜卑花、西北沼委陵菜都为蔷薇科植物，多生长于3000—4000 m的山坡、沟谷、河岸，前者为灌木后者为亚灌木，且后者枝叶有粉质蜡层，在供试苗木中抗旱性较其余4种植物差。因此可以看出，植物的抗旱性能与生活型无绝对关系，灌木的抗旱性不一定强于亚灌木，而与植物的科属存在一定关系，在6种植物中，豆科的3种植物表现出较强的抗旱性，其次为小檗科，最后为蔷薇科。因此针对不同区域抗旱植物的选择需要“因地制宜”。

植物的抗旱性受多种生理因素的共同作用，是一个复杂的生理调整机制，各个生理因子间有着一定的关联。本试验中对6种植物的6个生理指标进行植物抗旱性评价，但各指标所表达的植物抗旱性顺序不同，难以得出明确的抗旱结果。因此，本研究采用主成分分析法筛选出影响植物抗旱性的主要生理指标：叶绿素、淀粉、丙二醛含量，根据各植物得分综合评定出6种苗木抗旱性由强到弱依次为：树锦鸡儿、红花岩黄芪、砂生槐、鲜黄小檗、鲜卑花、西北沼委陵菜。

致谢： 董蕾，刘昆、鲍海泳对试验及写作给予帮助，特此致谢。