荒漠旱生植物是我国西北干旱区的重要植物资源，揭示其抗旱机理，对荒漠区生态环境重建及优良植物抗旱性的育种改良具有重要意义。已有研究表明，多浆旱生植物霸王和梭梭能够吸收积累有益元素钠(Na+)而不是必需元素钾(K+)，并将Na+作为有效渗透调节剂外，还能积累有益元素硅(Si)来适应干旱环境，且Na+和Si交互作用比单独施用Na+或Si更有效。　　本研究以典型多浆旱生植物白刺、霸王和梭梭为研究对象，通过解析多浆旱生植物（与少浆植物比较）渗透调节物质和有益元素Si的特征，量化Na、Si和钙(Ca)对抗旱性的贡献，围绕添加Na、Si和Ca对多浆旱生植物生长及抗旱性的调控机理为科学问题开展研究，旨在揭示Na、Si和Ca的抗旱作用及生理机制，确定其增强抗旱性的最适施肥量，为研制复合肥提供理论参考。主要结论如下:　　1、多浆和少浆旱生植物渗透调节物质和有益元素Si特征　　多浆旱生植物同化枝或叶片中积累高浓度的无机离子Na+、Ca2+和镁(Mg2+)等，其地上部和根系Na+积累量平均为少浆旱生植物（白沙蒿和柠条锦鸡儿）的74倍和10倍;少浆旱生植物叶片中积累较高浓度的无机离子Ca2+、K+和Mg2+等和有机物质，其叶片中脯氨酸和还原糖、根中可溶性糖的积累量平均为多浆旱生植物积累量的4.9-10倍。多浆旱生植物渗透调节物质对抗旱性贡献最大的是Na+(41.7％)，其次为Ca2+(23.3％)，最小为有机溶质(2.4％);少浆旱生植物渗透调节物质对抗旱性贡献最大的是K+(29.7％)，其次是Ca2+(24.8％)和有机溶质(13.9％)，最小的为Na+(2.3％)。多浆和少浆旱生植物有益元素Si含量对抗旱性的贡献与Mg2+（对多浆和少浆植物抗旱性的贡献分别为13.1％和14.7％）大致相当，分别达到10.2％和16.0％。多浆旱生植物渗透调节物质总量平均为少浆旱生植物的2.4倍，分配趋势均为地上部分大于地下部分，且地上部分总量分别为地下部分的3.8倍和2.2倍。积累无机离子K+、Ca2+和Mg2+等、有益元素Si和有机溶质是少浆旱生植物适应干旱环境的重要机制;多浆旱生植物并不依靠积累K+和有机溶质来调节渗透势，积累无机离子Na+、Ca2+、Mg2+等和有益元素Si是其适应干旱环境有效策略之一。　　2、钠(Na+)促进白刺生长并增强其抗旱性研究　　Na+（0.4g NaCl·kg-1干土）显著促进了白刺的生长并增强其抗旱能力，使室内和野外环境下培育的白刺植株株高、生物量、主根长、净光合速率及水分利用效率等均显著增加，证实了Na+在增强白刺抗旱性中起着重要作用。在干旱胁迫下，白刺通过增加体内Na+含量的积累，降低K+含量的积累来提高其叶片的光合能力和水分利用效率，发挥Na+在白刺体内的渗透调节作用是白刺抗旱性增强的重要生理作用机制。　　3、硅在霸王适应干旱环境中的生理作用机理　　一定浓度的K2SiO3对霸王的生长有促进作用，其中2.5mmol·L-1K2SiO3（5mmol·L-1KCl对照）对霸王生长的促进作用较好。适量的K2SiO3（KCl为对照）显著促进了霸王生长并增强其抗旱性。在不同强度的渗透胁迫下(-0.5MPa，-1.0MPa和-1.5MPa)，2.5mmol·L-1K2SiO3（5mmol·L-1KCl对照）显著增强了霸王叶片抗氧化酶活性，降低了丙二醛、脯氨酸及可溶性糖含量的积累，有效地抑制了霸王膜脂过氧化水平和细胞膜透性的增大，提高了霸王的抗旱能力。在相同渗透胁迫下(-1.0Ma)，1.5-5mmol·L-1K2SiO3（3-10mmol·L-1KCl对照）同样显著促进了霸王生长并增强其抗旱能力。缓慢干旱胁迫下，2.5mmol·L-1K2SiO3（5mmol·L-1KCl对照）显著增强了霸王叶片的光合活性和水分利用效率，减轻了干旱胁迫对霸王生长造成的损伤，进一步证实硅在霸王适应干旱环境起着重要的作用。Si增强霸王抗旱性的生理作用机制在于Si显著改善了干旱胁迫下霸王的光合活性和水分特征，增强了叶片保护酶活性以降低膜脂过氧化作用。　　4、钙增强梭梭抗旱性的生理作用机理　　一定浓度的CaCl2对梭梭的生长有促进作用，其中0.4g CaCl2·kg-1干土对梭梭生长的促进作用较好。干旱胁迫下，0.4g CaCl2·kg-1干土显著促进了梭梭的生长并增强其抗旱性。0.4g CaCl2·kg-1干土显著降低了梭梭光合同化枝的水势，增加了光合同化枝膨压和叶绿素含量，梭梭光合同化枝的光合活性和水分利用效率显著提高。干旱胁迫导致梭梭光合同化枝组织中Ca2+含量的显著增加。与干旱处理相比，干旱+CaCl2处理组（0.4g CaCl2·kg-1干土）梭梭光合同化枝组织中积累的Ca2+含量为干旱处理组的2.5倍，但是K+含量没有显著差异，干旱+CaCl2处理组梭梭光合同化枝组织中Ca2+/K+是干旱处理组的2.1倍。与干旱处理相比，干旱+CaCl2处理梭梭光合同化枝组织中Ca2+含量对渗透调节的贡献率由11.4％显著提高到21.6％。相反，同化枝组织中K+含量对渗透调节的贡献率由12.1％降低到7.0％。干旱胁迫下，多浆旱生植物梭梭能够吸收并积累大量的Ca2+储存在光合同化枝组织中作为重要的渗透调节剂并直接参与渗透调节作用来改善梭梭光合同化枝的光合作用和水分特征，从而增强了其抗旱能力。　　以上研究结果为研发荒漠多浆旱生植物抗旱性的复合肥提供了可行性的理论依据，对我国西北干旱荒漠区农牧业的可持续发展以及荒漠区生态环境保护和恢复具有重要的理论意义和实践价值。