植物耐旱生理生态学研究主要关注水分胁迫对植物光合作用、叶绿素荧光、抗氧化系统及渗透调节的影响(蒋高明，2001； 王良桂等，2008)。孙景宽等(2009)通过设置不同水分胁迫梯度，研究干旱胁迫对沙枣(Elaeagnus angustifolia)和孩儿拳 (Grewia biloba)幼苗叶绿素荧光特性的影响，分析干旱胁迫与色素含量和叶绿素荧光的关系。李田等(2010)采用称质量控水法研究干旱胁迫对杠柳(Periploca sepium)光合特性及抗氧化酶活性的影响，阐明了杠柳应对干旱胁迫的生理生化机制及超氧化物歧化酶(superoxide dismutase)的耐受阈值。李鹏鹏等(2012)研究干旱胁迫与不同储藏时间对杠柳种子萌发的影响，指出不同储藏时间的杠柳种子对干旱胁迫的适应性具有明显差异。

栓皮栎(Quercus variabilis)又称软木栎，是我国用材林、经济林、防火林和薪炭林的重要树种，对气候、土壤的适应性强，能耐-20 ℃的低温，在pH 4~8的土壤中均能生长，且耐干旱、瘠薄。栓皮栎的这些特性是其人工林培育、适地适树最基本的依据。而关于栓皮栎耐旱特性的研究仍较少，对其耐旱机制还缺乏深入的研究和探讨。本研究以2年生栓皮栎幼苗为材料，通过设置不同水分梯度的盆栽试验，研究干旱和复水对栓皮栎幼苗的生长、抗氧化酶活性、丙二醛含量、渗透调节物质、矿质元素含量等的影响，试图阐明栓皮栎幼苗的耐旱机制，为进一步扩大栓皮栎的栽培范围提供理论依据。

干旱胁迫试验在盆栽条件下进行。盆栽土取自天津师范大学生物科技园0~5 cm表层土壤，过筛后在80 ℃ 烘干到恒质量，称量、装盆，平均每盆土壤干质量为9.1 kg。按照每盆土实际质量测定土壤特性和水分含量。土壤养分、田间持水量基本状况由西北农林科技大学西部环境与生态教育部重点实验室测定，有机质含量为6.58 g·kg^-1，总盐含量为0.13 g·kg^-1，速效N，P，K含量分别为27.80，21.46，98.75 mg·kg^-1，田间持水量为37.35%。

2012 年3 月，从天津师范大学生物科技园中选取健康、大小一致的2年生栓皮栎幼苗24 株，移栽到12 个花盆中(上口径32.5 cm，下口径21.3 cm，高25.4 cm)，每盆2株幼苗(另移栽8 盆作为备用)，待其长成健壮的植株后进行干旱胁迫试验。

7 月10 日开始对12 盆2年生栓皮栎幼苗进行干旱胁迫处理。设置不同的水分胁迫梯度，分别是对照(CK为田间持水量的52.2%～57.6%)、轻度干旱胁迫 (T₁为田间持水量的32.1%～37.5%)、中度干旱胁迫(T₂为田间持水量的24.1%～29.5%)和重度干旱胁迫(T₃为田间持水量的13.4%～18.7%)4 个处理，每个处理3次重复。盆内土壤含水量通过自然蒸发，将水分降低到试验要求的范围内。每天20:00用称质量法补充损失的水分，使含水量维持在各预定胁迫水平。每盆置有托盘，收集因浇水等原因流失的土壤。干旱胁迫试验持续28天后开始复水。胁迫期间在无降水的晴朗天气，将盆栽苗置于露天接受自然光照，阴雨天(或预报有降水天气)将苗盆置于温棚中，并注意避免其他水分进入盆内(孙景宽等，2009)。

于干旱胁迫0(胁迫第1天)，7，14，21，28天和复水后第7天(试验第35天)采集叶片样品，测定过氧化物酶(peroxidase，POD)、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)、过氧化氢酶(catalase，CAT)活性及脯氨酸(proline，Pro)、可溶性蛋白和丙二醛(malondialdehyde，MDA)含量，每个指标重复3 次。SOD，POD和CAT活性测定分别用氮蓝四唑(NBT)法(张志良等，2003)、愈创木酚染色法(李合生，2000)和紫外吸收法(Trevor et al., 1994)，MDA含量测定采用硫代巴比妥酸法(王晶英等，2003)，可溶性蛋白和脯氨酸含量分别用考马斯亮蓝G-250比色法(李合生，2000)和分光光度法(张志良等，2003)测定。

在胁迫第28天时，测定栓皮栎幼苗的株高、基径、叶片数，然后，从每个花盆中小心挖出1株幼苗，用自来水清洗干净，再用纱布和吸水纸吸收其表面水分，利用软尺测定主根长度和一级侧根长度，并用电子天平称量根、茎、叶鲜质量。最后在105 ℃杀青20 min，于80 ℃烘干至恒质量后测定根、茎、叶的干质量。

将胁迫第28天和复水后第7天的栓皮栎幼苗根、茎、叶烘干，经HNO₃-HClO₄硝化后用电感耦合等离子体发射光谱(ICP-AES，LEEMAN LABS INC，New Hampshire，USA)测定Na⁺，K⁺，Zn²⁺的含量(Bhargava et al., 1998)。

用SPSS18.0软件对不同干旱胁迫下栓皮栎幼苗生长和生理生化指标进行数据分析。用单因素方差分析和Duncan多重比较分析不同胁迫水平之间各个参数的差异显著性。数据以平均值±标准误表示。

随着干旱胁迫度的加强，栓皮栎幼苗株高、基径和叶片数均逐渐降低，各器官鲜质量、干质量均低于CK，但主根和一级侧根长则逐渐增加(表 1)。其中，株高在重度(T₃)干旱胁迫下显著比CK低10.9 cm； T₁，T₂，T₃的基径分别是CK的86.67%，75%和71.67%，且T₂，T₃与CK差异显著。T₁，T₂，T₃的叶片数分别是CK的93.76%，67.80%和46.31%，但与CK差异不显著。在T₃处理下，根、茎、叶的鲜质量是CK的81.84%，50.54%，31.36%；根、茎、叶的干质量是CK的57.78%，71.18%，46.36%。 主根和一级侧根长在T₃下分别比CK显著长37.8和28.9 cm。

表1 胁迫28天时栓皮栎幼苗单株的生物量和生长指标^① Tab.1 Biomass and growth parameters of Quercus variabilis seedlings after 28 days drought treatment

表 1胁迫28天时栓皮栎幼苗单株的生物量和生长指标① Tab.1Biomass and growth parameters of Quercus variabilis seedlings after 28 days drought treatment 胁迫水平 Stress level CK T1 T2 T3 根鲜质量 Root fresh weight /g 18.01±5.53a 13.48±2.35a 15.71±4.09a 14.74±3.49a 茎鲜质量Stem fresh weight /g 5.60±2.12a 3.69±0.21b 4.06±0.96ab 2.83±0.47b 叶鲜质量Leaf fresh weight /g 4.40±2.86a 3.28±1.24ab 2.52±1.08ab 1.38±0.57b 根干质量Root dry weight /g 8.17±0.58a 4.14±1.25b 5.20±0.24ab 4.72±2.12b 茎干质量Stem dry weight /g 2.88±1.62a 2.12±1.23a 2.44±0.56a 2.05±0.23a 叶干质量Leaf dry weight /g 2.20±1.24a 2.02±1.09a 1.82±0.45a 1.02±0.85a 株高 Height /cm 34.63±4.77a 32.01±3.97a 31.83±4.19a 23.67±2.75b 基径 Basal diameter /cm 0.60±0.071a 0.52±0.076ab 0.45±0.05b 0.43±0.076bc 叶片数 Leaf number 14.75±4.60a 13.83±5.29a 10.02±0.87a 6.83±2.36a 主根长 Main root length/cm 50.75±3.88b 55.83±5.73b 62.83±6.08ab 88.57±7.57a 一级侧根长 Secondary root length/cm 32.25±8.13b 41.83±2.75b 53.03±4.44ab 61.17±7.08a  ①同行数据不同字母表示差异显著(P<0.05)。 Different letters within the same row indicate significant difference at 5% level.

在干旱胁迫期间(0～28天)，CK的SOD活性基本保持稳定，而T₁，T₂，T₃均呈先升高后降低的趋势(图 1A)。在干旱胁迫第21天时，T₁，T₂和T₃的SOD活性达到最大，分别比CK高出14.66%，23.56%和36.44%，T₁与CK差异不显著，但T₂，T₃与CK差异显著。复水后，T₂，T₃的SOD活性有所上升，但低于CK，T₁则有所下降，但仍高于CK，各胁迫水平的SOD活性与CK的差异均不显著。

	图1 不同土壤干旱胁迫时期和复水后栓皮栎幼苗叶片SOD，POD和CAT活性 Fig.1 Activities of SOD，POD and CAT of Q.variabilis seedlings under different soil drought stresses and after rewatering 第35天表示复水7天的结果。不同字母表示在同一胁迫时间不同梯度之间差异显著。下同。The results of 35 d represent that after 7 d rewatering. Different letters indicate significant difference between different stress levels at the same time. The same below.

随着胁迫时间的延长，CK的POD活性基本保持稳定，T₁的POD活性表现为缓慢升高趋势，T₂，T₃则是先升高后下降，且T₃升高的速度和幅度均高于同期T₁和T₂(图 1B)。胁迫21天时，T₁，T₂，T₃的POD活性分别比CK高29.25%，59.29%和83.57%。复水后，各胁迫处理的POD活性进一步下降，但均高于CK，且均与CK差异不显著。

随着胁迫时间的延长，CK的CAT活性基本保持不变，各胁迫水平的CAT活性均表现为先升高后下降的趋势，胁迫21天时达到最大值，分别比CK高25.02%，45.74%和57.46%，之后降低(图 1C)。复水后，T₁的CAT活性有所下降，T₂，T₃则有所上升，与CK差异均不显著。

栓皮栎幼苗在受到干旱胁迫后，MDA含量呈现逐渐升高的趋势(图 2)。其中，T₁的MDA含量缓慢升高，T₂和T₃则表现为迅速升高，T₃升高的速度和幅度最大。胁迫28天时，T₁，T₂和T₃分别比CK高50.51%，164.90%和268.48%，且均与CK差异显著。复水后，MDA含量降低，T₁和T₂基本上恢复到对照水平，但T₃仍高于CK，且有显著差异。

	图2 不同干旱胁迫和复水后栓皮栎幼苗叶片MDA含量 Fig.2 MDA contents of Q. variabilis seedlings under different soil drought stresses and after rewatering

随着胁迫时间的延长，CK的可溶性蛋白含量基本保持不变，T₁表现为逐渐升高趋势，T₂，T₃则先升高后降低； 在胁迫21天时，各胁迫度的可溶性蛋白含量分别比CK高11.58%，18.37%和51.90%，且T₁与CK差异不显著，T₂，T₃与CK差异均显著(图 3A)。复水后，可溶性蛋白含量下降，其中，T₁，T₂基本上恢复到对照水平，T₃的可溶性蛋白含量相对于T₁和T₂下降的幅度小。

	图3 不同干旱胁迫和复水后栓皮栎幼苗叶片可溶性蛋白和脯氨酸含量 Fig.3 Contents of soluble protein and proline of Q. variabilis seedlings under different soil drought stresses and after rewatering

随着时间的延长，各胁迫度的脯氨酸含量均表现为升高趋势，胁迫21天时均达到最大值，分别比CK高52.6，71.5和110.3 μg·g^-1，且与CK差异均显著，21天之后下降(图 3B)。复水后，各梯度游离脯氨酸含量均下降到对照水平。

随着胁迫度的提升，根和茎中Na⁺含量均下降，叶中为升高趋势，且重度胁迫下与CK差异均显著(图 4A)。复水后，根和茎中Na⁺含量均升高，而叶中有所下降，与CK差异不显著(图 4B)。根中K⁺含量先升高后下降，下降幅度较小，茎和叶中K⁺含量呈升高趋势，但与 CK差异并不显著(图 5A)。复水后，根中K⁺含量有所升高，而茎和叶中K⁺含量有所下降，且均与CK差异不显著(图 5B)。随着胁迫度的提高，栓皮栎幼苗根和茎中的Zn²⁺含量减少，叶中Zn²⁺含量则呈增加的趋势(图 6A)。复水后，根、茎中Zn²⁺含量升高，叶中Zn²⁺含量下降，但均与CK差异不显著(图 6B)。

	图4 干旱胁迫(28天)和复水(7天)对栓皮栎幼苗不同部位Na+含量的影响 Fig.4 Effect of 28 d soil drought stress and 7 d rewatering on Na+ content in different organs of Q.variabilis seedlings

	图5 干旱胁迫(28天)和复水(7天)对栓皮栎幼苗不同部位K+含量的影响 Fig.5 Effect of 28 d soil drought stress and 7 d rewatering on K+ content in different organs of Q.variabilis seedlings

	图6 干旱胁迫(28天)和复水(7天)对栓皮栎幼苗不同部位Zn2+含量的影响 Fig.6 Effect of 28 d soil drought stress and 7 d rewatering on Zn2+ content in different organs of Q.variabilis seedlings

在本试验中，笔者发现2年生栓皮栎幼苗在受到干旱胁迫后，地上部分生长减少，地下部分生长增加，主根和侧根长随着干旱胁迫的加剧而增长，同时叶片数和基径减少，株高降低，这样有利于吸收更多的水分和矿质营养，减少体内水分的蒸发和能量消耗，这是其适应干旱胁迫的一种策略。高婷等(2012)对4 个能源柳无性系在干旱胁迫下的生长特征研究发现，能源柳无性系在干旱胁迫下通过抑制生长和降低水分消耗来提高耐旱能力，这与本文研究结果一致。另外，单长卷等(2006)对嘎拉苹果(Malus pumila)在干旱胁迫下幼苗生长特征的研究结果也证明了这一点。

抗氧化系统对活性氧的清除能力是衡量植物抗逆性的关键指标之一(赵丽英等，2005)。SOD，POD和CAT是植物体内清除活性氧自由基的3种关键酶。植物体内主要有4种形式的活性氧：单线态氧(¹O₂)、超氧阴离子(O₂^-)、过氧化氢(H₂O₂)和羟自由基(HO·)(de Carvalho，2008)。SOD是植物抗氧化系统的第一道防线，主要用于清除O₂^-，产生H₂O₂。POD和CAT协同作用清除细胞内过多的过氧化氢，保护膜结构(Arora et al., 2002； de Carvalho，2008)。高悦等(2012)研究干旱胁迫和复水对冰草(Agropyron cristatum)相关抗旱生理指标的影响，发现在干旱胁迫下，冰草的SOD，POD和CAT活性逐渐下降，3种酶协同作用共同抵抗干旱胁迫。复水后，冰草的抗氧化酶活性逐渐增加。孙继亮等(2012)对梨(Pyrus spp.)幼树在干旱胁迫和复水下的生理特性研究结果显示，随着干旱胁迫的加剧，SOD活性表现出先升后降的趋势，轻度胁迫可能会诱导SOD活性增加，而重度胁迫可能会抑制其活性。复水后，梨幼树的SOD活性显著上升。本研究中也发现了类似的规律。栓皮栎幼苗受到干旱胁迫后，其体内3种抗氧化酶均表现为先升高后降低的趋势，但不同干旱胁迫水平间变化的幅度、速度和进程不同。在干旱胁迫前期，SOD，POD和CAT能够发挥协同作用，清除活性氧；随着胁迫程度的加剧和胁迫时间的延长，超出栓皮栎幼苗的耐受限度，3种保护酶的活性下降；复水后，酶活性基本上恢复到对照水平。可见栓皮栎幼苗具有较强的耐旱性。丙二醛(MDA)是细胞膜脂过氧化次生产物，是检测膜脂过氧化的一个重要指标(陈贵等，1991)。MDA的产生与3种保护酶有一定的相关性。在本试验中，胁迫前期，3种保护酶发挥协同作用保护植物免受胁迫伤害，MDA含量升高较慢。随着胁迫时间延长，超出了栓皮栎幼苗的耐受限度，保护酶活性下降，MDA含量快速升高，此时栓皮栎幼苗生长已受到干旱胁迫的严重影响。复水后，干旱胁迫解除，保护酶活性升高，MDA含量随之下降。

可溶性蛋白是植物细胞质中的重要渗透调节物质之一，其通过主动积累来降低渗透势( Arndt et al., 2001)，对于保持植物正常生理功能发挥着重要作用。本研究中，栓皮栎幼苗在受到干旱胁迫后，其体内积累大量的可溶性蛋白以抵御干旱环境的伤害，这和陈立松等(1999)的研究结果相一致。但随着胁迫时间延长，可溶性蛋白含量下降，可能是由于蛋白酶的活性升高使其水解加快，游离氨基酸(包括脯氨酸)增加，以及干旱使RNA转录和翻译受到抑制，蛋白质合成减少所致。复水后，可溶性蛋白含量基本能恢复到对照水平。脯氨酸也是植物体内重要的渗透调节物质，具有较强的水合力，其累积可增加植物的抗旱或抗渗透胁迫能力(汤章城等，1986)。有研究表明，随着干旱胁迫加剧，冬小麦 (Triticum aestivum)叶片中脯氨酸含量呈增加趋势，说明干旱胁迫增强冬小麦叶片的渗透调节能力(Timsina et al., 2006； 单长卷，2007)。本试验中，随着胁迫加剧，栓皮栎幼苗体内的脯氨酸含量先上升后下降，这说明栓皮栎幼苗通过提高 脯氨酸含量抵御干旱不良环境，复水后，干旱胁迫被解除，脯氨酸含量恢复到对照水平。由此可见，栓皮栎幼苗较强的适应干旱胁迫的能力。

正常情况下，植物对矿质元素进行选择性吸收，在各器官的分配也不同。逆境条件下，植物根系对盐离子吸收的选择性发生改变，而到达地上部分的盐分种类和数量是由植株地上部分对盐离子吸收的选择性控制，由于各离子在植物体内的营养作用、运输机制和运输速率存在差异，最终导致植物对各盐离子的吸收分配发生分异(郁万文等，2007)。在本研究中，干旱胁迫使2年生栓皮栎幼苗根、茎、叶中Na⁺含量均减少，这与谢志玉(2011)对文冠果(Xanthoceras sorbifolia)初始生殖期幼苗在干旱胁迫下各器官Na⁺含量变化的研究结果相一致。Na⁺含量在根部减少，可能有2个原因：一是栓皮栎幼苗通过自身生理调整主动控制Na⁺在根部的积累，而合成有机渗透调节物质，加强调节作用的结果，从而避免或减轻高浓度的Na⁺对细胞、酶类、膜系统等造成毒害(赵玉蓉，1995； 王玮等，2003)；另一方面，随着水分梯度的降低，栓皮栎幼苗生长受抑制程度加剧，土壤中可利用水和根吸水能力均下降(汪耀富等，2006)，受质流影响的盐离子的迁移范围相应变窄、迁移速率变小(田野等，2003)，这是造成根中Na ⁺含量降低的另一个原因。同时，在满足细胞渗透调节和对离子需要的前提下，保持地上部分相对较低的Na⁺，能够起到防止盐害的作用。

K⁺是维持植物细胞膨压所必需的元素，其含量下降会导致生长迟缓(Renault et al., 2001； 马建华等，2001)。本研究中，干旱胁迫使2年生栓皮栎幼苗根中的K⁺含量有所下降，而茎和叶中的K⁺含量有所升高，但均与CK差异不显著，说明干旱胁迫对栓皮栎幼苗体内K⁺含量影响较小，这与刘丹(1990)对小麦幼苗体内K⁺测定的研究结果相一致。

锌在高等植物中是多种酶及其活性的必需元素，且与蛋白质的形成和碳水化合物代谢有关。同时，锌还参与维持膜结构的完整性(宋凤斌等，2010)。本研究中，干旱胁迫下，锌在栓皮栎幼苗根和茎中含量下降，而在叶中积累，这有利于提高栓皮栎幼苗的耐旱性。研究显示，叶面喷施ZnSO₄，可以改善小麦水分状况，提高小麦叶片相对含水量(段光明，1993)，进而提高植株的耐旱能力。也有试验结果表明，干旱条件下，施锌对玉米(Zea mays)植株体内水分生理代谢有一定的调节作用(汪洪等，2004)，可以显著促进玉米植株生物量。由此可见，在干旱胁迫下，栓皮栎幼苗吸收更多的锌对于提高耐旱性发挥着重要作用。

综上所述，在干旱胁迫下，栓皮栎幼苗减少地上部分生长、促进地下部分生长来适应干旱胁迫环境。另外，在轻度和中度胁迫下，栓皮栎幼苗通过提高抗氧化酶的活性、增加渗透调节物质等保护自身免遭干旱胁迫伤害，从而表现出较强的耐旱性。复水后，保护酶活性、可溶性蛋白和脯氨酸等均恢复到对照水平，也说明了栓皮栎幼苗较强的干旱适应能力。