王佳岚，李春杰

（兰州大学草地农业生态系统国家重点实验室 / 兰州大学农业农村部草牧业创新重点实验室 / 兰州大学草地农业教育部工程研究中心 /兰州大学微生物研究中心 / 兰州大学甘肃省西部草业技术创新中心 / 兰州大学草地农业科技学院, 甘肃 兰州 730020）

野大麦(Hordeum brevisubulatum)也称野黑麦或大麦草[1]，禾本科大麦属多年生草本植物。野大麦常见于我国东北地区、华北地区及青海和新疆等地[2]，具有分蘖较多、长势旺盛、根系发达、喜湿耐涝、再生力强[3]等优良栽培特性。随着人们饮食结构对畜产品需求的进一步加大，畜牧业在农业产业结构中占比不断增加，优质牧草的重要性更加凸显。野大麦有蛋白质含量高、适口性好、适应力强等特点[4-5]，以及叶质柔软、生长快、产量高、抗逆性强[6]的特性，便于栽培和利用，且对畜产品的产量和品质也有一定的影响[7]。

野大麦内生真菌(Epichloë bromicola)是指在野大麦体内度过全部或大部分生命周期而不显露外在症状的一种共生真菌，能与野大麦互利共生，既能促进植株分蘖、发育与生长来增强自身竞争力，又能提高野大麦的抗逆性[8]，使其在耐盐碱[9]、耐干旱、耐低温[10]、抗病虫[11-12]等方面均有明显优势。

水分作为植物生长的一个必要条件[13-15]，与牧草的生长发育和最终产量息息相关。水分亏缺常导致植株矮小萎蔫[16]，光合作用降低，有机物积累不足[17]，进而严重影响牧草的产量与品质[18]。而水分供应过多，植物无法有氧呼吸，有害物质不断积累，影响营养离子吸收，导致植株叶片萎蔫死亡[19-20]，严重影响了植物的长势和抽穗，最终引起大幅减产[21]。因此研究内生真菌野大麦对水分耐受力是植物正常健康生长、牧草高产优产的重要保障。

目前已有许多研究从生理机制和分子机理等方面对野大麦的耐干旱、耐盐碱等优良抗性进行研究[17,22]。但我国幅员辽阔，气候各异，多样的土壤、降雨和气候环境使得野大麦品种在不同地区的生产推广具有一定的局限[3]，因此还需研究不同野大麦品种对水分的需求适应能力上有何异同。尤其是能使新品种‘河西’野大麦发挥优势的相应栽培措施尚未明确，且禾草内生真菌与水分互作对野大麦生长的影响需要进一步厘清。本试验通过设置不同水分梯度对3 种野大麦材料进行研究，旨在筛选出能够让野大麦更好地生长发育的水分环境和获得高产优产的野大麦品种，以便进一步了解和研究新品种‘河西’野大麦田间栽培方面的特性。为丰富牧草品种，发挥生长优势，获得优质高产的野大麦提供资料。

1 材料与方法

1.1 温室概况

试验于 2020 年 7 月在兰州大学榆中校区智能温室中进行，该温室位于甘肃省兰州市榆中县(104°9′12″ N，35°56′26″ E，海拔1692 m)。

1.2 试验材料

试验所用野大麦(Hordeum brevisubulatum)材料分别为带有内生真菌(E+)的‘河西’野大麦、不带内生真菌(E−)的‘河西’野大麦(采自甘肃省张掖市临泽试验站，由兰州大学草地农业科技学院提供)和不带内生真菌的对照组(SA)‘萨尔图’野大麦(采自黑龙江省大庆市萨尔图区，由东北农业大学动物科学技术学院提供)。

1.3 试验设计

试验采用盆栽试验，模拟田间最大持水量(field water content, FWC)，设置6 个水分处理梯度，分别为W50(50% FWC)、W60(60% FWC)、W70(70% FWC)、W80(80% FWC)、W90(90% FWC)、W100(100% FWC)[23]。3 个材料：带内生真菌(E+)‘河西’野大麦、不带内生真菌(E−)‘河西’野大麦和对照组(SA)‘萨尔图’野大麦。共18 个处理，每个处理6 次重复，共108 盆。选用秧盘统一育苗，于7 月末选取长势一致的幼苗分别移栽入大小、质量相同的塑料花盆(高12 cm，直径14 cm)内，待幼苗适应一周恢复正常生长后再进行控水处理。试验所用黑土容重为1.31 g·cm−3，土壤含水量为10.2%，田间持水量为28.34%，土壤pH 7.63，有机质、全氮和全磷含量分别为12.85、1.07 和0.53 g·kg−1，碱解氮、速效磷和速效钾含量分别为48.86、6.76 和85.24 mg·kg−1，土壤经灭菌烘干后于每盆固定称装700 g。最初按水分梯度进行对应的定量浇水，之后采用全生育期按水分梯度控水称重法补水的方法进行校对，每两周随机更换盆栽位置，保证生长环境均匀一致，直至种子成熟后采收。其间正常的养分供给、病虫防治措施也均保证完全一致。

1.4 测定指标及方法

在野大麦初花期测定各种农艺指标。主要包括株高、分蘖数、叶长、茎粗、叶面积、叶绿素含量、根长、根冠比、干重、鲜重等。采用卷尺测定营养枝主干根部到生长点的高度，即为株高；测洗净后根部到最长根尖处长度即为根长；用千分尺测定主茎宽度，即为茎粗；按株查数单株产生分蘖个数，即为分蘖数；用叶面积仪(美国CID 公司 CI-202 便携式激光叶面积仪)测取植株叶长、单株叶面积；采取80%丙酮法提取叶绿素在分光光度计(美国尤尼柯公司 UV-2012C 型紫外可见分光光度计) 645、663和652 nm 下进行比色测定，采用Lichtenthaler 等[24]公式计算得到叶绿素含量；将单株采集的植株地上部分和洗净吸干水分的完整根系部分分别先称取鲜重，再于110 ℃杀青 30 min，80 ℃ 烘干至恒质量时进行称量，即为单株地上和地下干重。

1.5 数据处理与分析

采用Excel 2013 软件对数据进行处理和作图，采用 SPSS 26.0 软件进行统计分析。分别对材料和不同水分梯度进行单因素 (One-Way ANOVA)分析，再对材料 × 水分梯度对野大麦生长及产量的影响进行双因素方差 (Two-Way ANOVA)分析：先进行数据方差齐性检验后，通过双因素方差分析，用最小显著差数(LSD)标示差异是否显著。

2 结果分析

2.1 不同水分梯度对野大麦农艺性状的影响

2.1.1 不同水分梯度和内生真菌对野大麦分蘖数的影响

野大麦的分蘖数随着水分梯度的增加呈先增加后平缓的趋势，在W70、W80处理下各材料分蘖数最多，其中品种E+和SA 与其他水分处理组差异显著(P＜ 0.05)，SA W80与SA W90处理间除外，但 E+和SA 在W70、W80处理间差异不显著，且分蘖最大值E+ W80较最小值SA W50增加了70.15%；同一水分梯度下，不同材料间仅在W50、W80处理时表现为E+分蘖数显著多于E−和SA (P＜ 0.05)，其余组差别均不显著(图1)。

图1 不同水分梯度和内生真菌对野大麦分蘖数的影响Figure 1 Effects of different water gradients and fungal endophytes on tiller number of wild barley

2.1.2 不同水分梯度和内生真菌对野大麦叶长的影响

野大麦的叶长随着不同水分梯度的增加而先增加后减少的趋势，不同水分梯度下各材料在W80处理均得到最大值，平均叶长可达28.86 cm，显著高于其他处理组(P＜ 0.05)，E+ W80与E+ W70处理间除外；同一水分梯度下不同材料的叶长整体为E+ ＞E− ＞ SA，W70与W80处理时各材料间差异显著(P＜0.05)，其余组趋势相同但差异显著性不同(图2)。

图2 不同水分梯度和内生真菌对野大麦叶长的影响Figure 2 Effects of different water gradients and fungal endophytes on leaf length of wild barley

2.1.3 不同水分梯度和内生真菌对野大麦茎粗的影响

野大麦茎粗随着不同水分梯度的增加而先增加后平缓的趋势，在W70处理时获得最大值，为0.636 6 cm，从W80处理后水量增加不会对茎粗产生显著影响，W50、W60处理下各材料茎粗为0.436 4～0.533 2 cm，低于其他处理；同一水分梯度下不同材料间可看出，在W70之前的各水分处理组E+茎粗显著高于E−和SA (P＜ 0.05)，W70之后的材料间茎粗差异均不显著(图3)。

图3 不同水分梯度和内生真菌对野大麦茎粗的影响Figure 3 Effects of different water gradients and fungal endophytes on stem width of wild barley

2.1.4 不同水分梯度和内生真菌对野大麦叶面积的影响

野大麦的叶面积随着不同水分梯度的增加呈现先增加后减少的趋势，最大值多集中于W80、W90处理，且显著高于其他处理组(P＜ 0.05)，其中最大面积E+ W80为最小面积A W50的4.2 倍；同一水分梯度下不同材料间表现为各处理中E+均显著高于E−和A，E−与A 间也差异显著(P＜ 0.05)，水分过多或过少时，野大麦E−叶面积显著大于A，水分适宜时则相反(图4)。

图4 不同水分梯度和内生真菌对野大麦叶面积的影响Figure 4 Effects of different water gradients and fungal endophytes on leaf area of wild barley

2.1.5 不同水分梯度和内生真菌对野大麦叶绿素含量的影响

野大麦叶绿素含量随着不同水分梯度的增加先增加后减少，E+ W80处理获得的叶绿素含量最大值较最小值E− W50增加了156%，各处理间差异显著(P＜ 0.05)，SA W70与SA W80处理间除外；同一水分梯度下各材料间叶绿素含量表现为W70之前SA ＞E+ ＞ E−，W70之后E+显著最高(P＜ 0.05)，整体表现为E+材料的叶绿素含量受不同水分梯度影响变化最明显(图5)。

图5 不同水分梯度和内生真菌对野大麦叶绿素含量的影响Figure 5 Effects of different water gradients and fungal endophytes on chlorophyll content of wild barley

2.1.6 不同水分梯度和内生真菌对野大麦根冠比的影响

野大麦根冠比随着不同水分梯度的增加而先增加后减少，在W60、W70处理下均有较高的根冠比(0.974 5～1.301 4)，之后随着水量的增加而不断减少，W90、W100处理下的根冠比在0.468 8～0.734 1，低于其他组；同一水分梯度下不同材料间，SA 的根冠比高于E+和E−，只有在W60、W70处理下E−显著高于E+ (P＜ 0.05)，其余处理中两者差异均不显著(图6) (P＞ 0.05)。

图6 不同水分梯度和内生真菌对野大麦根冠比的影响Figure 6 Effects of different water gradients and fungal endophytes on root-stem ratio of wild barley

2.2 不同水分梯度和内生真菌对野大麦地上地下生长情况及产量的影响

野大麦的株高随着水分梯度的增加而先增加后减少(图7)，整体在W80处理下获得最大值，且与其他处理组差异均显著(P＜ 0.05)。每组水分处理中各材料间株高大多以E+最高，W70、W80处理下野大麦的株高为29.13～33.40 cm，显著高于其他水分梯度(P＜ 0.05)，SA 材料的株高基本最低，最小值SA W50为22.97 cm，但整体与E−差异不显著(P＞ 0.05)。野大麦的根长随着水分梯度的增加而先增加后减少，在W80处理下均值达到27.63 cm，显著高于其他处理组(P＜ 0.05)。每组处理中各材料间根长除W100外均表现为SA ＞ E+ ＞ E−。总体看来，W80处理下，地上地下部分生长情况最好，材料间表现为E+地上生长较好，SA 地下根系发达(图8)。

图7 不同水分梯度和内生真菌对野大麦株高的影响Figure 7 Effects of different water gradients and fungal endophytes on plant height of wild barley

图8 不同水分梯度和内生真菌对野大麦根长的影响Figure 8 Effects of different water gradients and fungal endophytes on root length of wild barley

野大麦的地上干重随着水分梯度的增加先增加后减少(图9)，在W80处理下最大(1.681 7 g)，且与其他处理组差异均显著(P＜ 0.05)，其中E− W80地上干重分别较E+ W80和SA W80提高了8.90%和30.38%。每组水分处理中均以SA 材料地上干重显著最低，SA W50地上干重最小，为0.869 1 g，E+和E−材料间也存在差异。野大麦的地下干重随着水分梯度的增加先增加后减少 (图10)，整体在W70处理下最大(1.322 3 g)。除W50外，其他水分梯度下各材料间均以A 材料地上干重显著最高，最大值为SA W70(1.500 2 g)，在W50、W70和W80处理下E+显著高于E−，其他水分梯度下两者差异均不显著(P＞0.05)。

图9 不同水分梯度和内生真菌对野大麦地上干重的影响Figure 9 Effects of different water gradients and fungal endophytes on shoot dry weight of wild barley

图10 不同水分梯度和内生真菌对野大麦地下干重的影响Figure 10 Effects of different water gradients and fungal endophytes on root dry weight of wild barley

2.3 不同水分梯度和内生真菌对野大麦交互作用分析

内生真菌和不同水分梯度分别对野大麦分蘖、茎粗、叶长、叶面积、叶绿素含量、根冠比、株高、根长、地上干重、地下干重均有极显著影响(P＜ 0.01)；内生真菌 × 不同水分梯度交互作用对野大麦茎粗和根冠比有显著影响(P＜ 0.05)，对其余指标有极显著影响(P＜ 0.01) (表1)。

表1 水分梯度和内生真菌对野大麦的交互作用Table 1 Interaction of water gradient with endophytic fungi on wild barley

3 讨论

3.1 水分梯度对野大麦生长的影响

适宜的水分环境对植物农艺性状及产量等指标均产生一定影响[25]，水分不足影响植物正常生长发育[26]，但水分含量过高也会对根系生长产生不良影响[27]，甚至影响整体产量与品质[28-29]，所以适时适量的补水也至关重要。本研究探究了野大麦在不同水分梯度下的生长情况，发现随着水分梯度的增加，野大麦的株高、茎粗均随之增加，植株拔高粗壮；分蘖数、叶长、叶面积和叶绿素含量也明显增加，枝叶茂盛浓绿得以充分进行光合作用，积累有机物，使最终生物量大幅增加。这与曲涛和南志标[30]关于缺水致使叶绿素含量下降，影响牧草植物的结穗、产量和品质的研究结果相同。但W80处理后各指标便开始减少，根冠比和地下干重较低水分处理时下降尤为明显，可见水分过多会使根系呼吸受阻，植物无法通过浓密强大的根系维持生长，地下生物量随之减少，反而抑制植物的生长发育，同刘虎等[31]和丰焕平[32]所研究的结论。这既是对水资源造成严重浪费，也会进一步影响产量和品质。本研究结果显示，野大麦在W80处理下达到整体最大值，且显著高于其他处理(P＜ 0.05)，地上地下生长情况最适宜，但与W70处理较为相似。W50处理时植株地上生长不良，地下根系发展较好，植株整体从幼苗期生长便明显迟缓。水分过多(W100)时，野大麦生长各指标明显受到抑制而下降，倒伏严重，叶片发黄，根系发育不良，但W90处理下野大麦仍能保持一定的生长状态。这表明，相比干旱，野大麦耐涝性更强，更适宜生长在相对湿润的土壤环境中。

3.2 内生真菌对野大麦生长的影响

内生真菌通常被认为对植物的抗逆性会起到一定的促进作用，目前已有研究报道其在抗病虫害、耐干旱盐碱和促进生长等方面的作用[33]，而内生真菌对野大麦耐涝性的作用还有待深入研究。本研究观测出‘河西’野大麦生长特点为植株分蘖较多、叶色浓绿且叶面积大，可以获得较高的牧草产量，单株栽培可以让其利用空间优势获得经济高产。而对照组‘萨尔图’野大麦表现为叶片宽厚坚挺、耐倒伏、地下根系发育十分发达[34]，在育苗过程中发芽率高、出苗情况好，在田间种群数量较大，多年连续栽培时其根系优势更易体现。整体分析得出，带有内生真菌的‘河西’野大麦在叶面积、叶绿素含量、地上干重等指标都表现出明显优势，地上整体生长情况明显优于不带内生真菌的‘河西’野大麦和对照组‘萨尔图’野大麦。内生真菌侵染后的‘河西’野大麦生长旺盛、产量高且耐受力强，尤其在水量不足或过多的不适条件下，多种农艺性状指标均高于不带内生真菌和对照组，这证明了内生真菌有助于野大麦增加分蘖数、叶面积和叶绿素含量等，通过促进植物地上部分的生长来抵抗不良环境，同时还维持地下根系的存活和发育，保证水分和营养元素的吸收利用。相比对照组，内生真菌的侵染能有效增强其宿主植物的耐涝耐旱能力，对植株的生长发育起到一定的积极作用。

3.3 内生真菌与水分梯度对野大麦生长的交互作用

本研究中，内生真菌和水分梯度对野大麦生长均有一定的交互作用，适宜的水分条件下内生真菌能促进野大麦株高、分蘖、叶面积、产量等生长指标更好发育，在环境不适时，内生真菌减轻植株的受害程度，增强其抗性[35]。不同水分处理下带内生真菌的‘河西’野大麦的生长情况和产量均优于不带菌‘河西’野大麦，且在水分条件适宜时表现得更为明显。由此可见，内生真菌的侵染可以增强野大麦材料本身的农艺性状，若结合适宜的水分栽培条件，可更大程度上获得高产。

4 结论

本研究发现，野大麦在整个生育期更喜欢较湿润的生长环境，且对水分过多的情况也具有一定的忍耐能力，但生长期内供水不足会影响其生长发育和最终产量。70%～80%田间持水量的水分环境有利于野大麦增加分蘖，促进地上叶片与地下根系的整体发育，便于最终获得更高的牧草产量。其中80% FWC 处理下各方面效果最优，但田间实际生产中为节水高效选用70% FWC 亦可达到相似结果。供试材料中‘河西’野大麦在地上部长势和产量等方面均优于‘萨尔图’品种，其中带有内生真菌的‘河西’野大麦整体指标明显更优于不带内生真菌的‘河西’野大麦，可见带内生真菌的‘河西’野大麦具有作为优质高产新牧草品种的潜质。材料与水分梯度的交互作用对野大麦整体生长影响显著。因此探究适宜的水分条件和带有内生真菌的优质材料是获得牧草型野大麦高产的新途径。