王佳嵐，李春杰

（蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)國家重點實驗室 / 蘭州大學(xué)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部草牧業(yè)創(chuàng)新重點實驗室 / 蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)教育部工程研究中心 /蘭州大學(xué)微生物研究中心 / 蘭州大學(xué)甘肅省西部草業(yè)技術(shù)創(chuàng)新中心 / 蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院, 甘肅 蘭州 730020）

野大麥(Hordeum brevisubulatum)也稱野黑麥或大麥草[1]，禾本科大麥屬多年生草本植物。野大麥常見于我國東北地區(qū)、華北地區(qū)及青海和新疆等地[2]，具有分蘗較多、長勢旺盛、根系發(fā)達、喜濕耐澇、再生力強[3]等優(yōu)良栽培特性。隨著人們飲食結(jié)構(gòu)對畜產(chǎn)品需求的進一步加大，畜牧業(yè)在農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中占比不斷增加，優(yōu)質(zhì)牧草的重要性更加凸顯。野大麥有蛋白質(zhì)含量高、適口性好、適應(yīng)力強等特點[4-5]，以及葉質(zhì)柔軟、生長快、產(chǎn)量高、抗逆性強[6]的特性，便于栽培和利用，且對畜產(chǎn)品的產(chǎn)量和品質(zhì)也有一定的影響[7]。

野大麥內(nèi)生真菌(Epichlo? bromicola)是指在野大麥體內(nèi)度過全部或大部分生命周期而不顯露外在癥狀的一種共生真菌，能與野大麥互利共生，既能促進植株分蘗、發(fā)育與生長來增強自身競爭力，又能提高野大麥的抗逆性[8]，使其在耐鹽堿[9]、耐干旱、耐低溫[10]、抗病蟲[11-12]等方面均有明顯優(yōu)勢。

水分作為植物生長的一個必要條件[13-15]，與牧草的生長發(fā)育和最終產(chǎn)量息息相關(guān)。水分虧缺常導(dǎo)致植株矮小萎蔫[16]，光合作用降低，有機物積累不足[17]，進而嚴(yán)重影響牧草的產(chǎn)量與品質(zhì)[18]。而水分供應(yīng)過多，植物無法有氧呼吸，有害物質(zhì)不斷積累，影響營養(yǎng)離子吸收，導(dǎo)致植株葉片萎蔫死亡[19-20]，嚴(yán)重影響了植物的長勢和抽穗，最終引起大幅減產(chǎn)[21]。因此研究內(nèi)生真菌野大麥對水分耐受力是植物正常健康生長、牧草高產(chǎn)優(yōu)產(chǎn)的重要保障。

目前已有許多研究從生理機制和分子機理等方面對野大麥的耐干旱、耐鹽堿等優(yōu)良抗性進行研究[17,22]。但我國幅員遼闊，氣候各異，多樣的土壤、降雨和氣候環(huán)境使得野大麥品種在不同地區(qū)的生產(chǎn)推廣具有一定的局限[3]，因此還需研究不同野大麥品種對水分的需求適應(yīng)能力上有何異同。尤其是能使新品種‘河西’野大麥發(fā)揮優(yōu)勢的相應(yīng)栽培措施尚未明確，且禾草內(nèi)生真菌與水分互作對野大麥生長的影響需要進一步厘清。本試驗通過設(shè)置不同水分梯度對3 種野大麥材料進行研究，旨在篩選出能夠讓野大麥更好地生長發(fā)育的水分環(huán)境和獲得高產(chǎn)優(yōu)產(chǎn)的野大麥品種，以便進一步了解和研究新品種‘河西’野大麥田間栽培方面的特性。為豐富牧草品種，發(fā)揮生長優(yōu)勢，獲得優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的野大麥提供資料。

1 材料與方法

1.1 溫室概況

試驗于 2020 年 7 月在蘭州大學(xué)榆中校區(qū)智能溫室中進行，該溫室位于甘肅省蘭州市榆中縣(104°9′12″ N，35°56′26″ E，海拔1692 m)。

1.2 試驗材料

試驗所用野大麥(Hordeum brevisubulatum)材料分別為帶有內(nèi)生真菌(E+)的‘河西’野大麥、不帶內(nèi)生真菌(E?)的‘河西’野大麥(采自甘肅省張掖市臨澤試驗站，由蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院提供)和不帶內(nèi)生真菌的對照組(SA)‘薩爾圖’野大麥(采自黑龍江省大慶市薩爾圖區(qū)，由東北農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院提供)。

1.3 試驗設(shè)計

試驗采用盆栽試驗，模擬田間最大持水量(field water content, FWC)，設(shè)置6 個水分處理梯度，分別為W50(50% FWC)、W60(60% FWC)、W70(70% FWC)、W80(80% FWC)、W90(90% FWC)、W100(100% FWC)[23]。3 個材料：帶內(nèi)生真菌(E+)‘河西’野大麥、不帶內(nèi)生真菌(E?)‘河西’野大麥和對照組(SA)‘薩爾圖’野大麥。共18 個處理，每個處理6 次重復(fù)，共108 盆。選用秧盤統(tǒng)一育苗，于7 月末選取長勢一致的幼苗分別移栽入大小、質(zhì)量相同的塑料花盆(高12 cm，直徑14 cm)內(nèi)，待幼苗適應(yīng)一周恢復(fù)正常生長后再進行控水處理。試驗所用黑土容重為1.31 g·cm?3，土壤含水量為10.2%，田間持水量為28.34%，土壤pH 7.63，有機質(zhì)、全氮和全磷含量分別為12.85、1.07 和0.53 g·kg?1，堿解氮、速效磷和速效鉀含量分別為48.86、6.76 和85.24 mg·kg?1，土壤經(jīng)滅菌烘干后于每盆固定稱裝700 g。最初按水分梯度進行對應(yīng)的定量澆水，之后采用全生育期按水分梯度控水稱重法補水的方法進行校對，每兩周隨機更換盆栽位置，保證生長環(huán)境均勻一致，直至種子成熟后采收。其間正常的養(yǎng)分供給、病蟲防治措施也均保證完全一致。

1.4 測定指標(biāo)及方法

在野大麥初花期測定各種農(nóng)藝指標(biāo)。主要包括株高、分蘗數(shù)、葉長、莖粗、葉面積、葉綠素含量、根長、根冠比、干重、鮮重等。采用卷尺測定營養(yǎng)枝主干根部到生長點的高度，即為株高；測洗凈后根部到最長根尖處長度即為根長；用千分尺測定主莖寬度，即為莖粗；按株查數(shù)單株產(chǎn)生分蘗個數(shù)，即為分蘗數(shù)；用葉面積儀(美國CID 公司 CI-202 便攜式激光葉面積儀)測取植株葉長、單株葉面積；采取80%丙酮法提取葉綠素在分光光度計(美國尤尼柯公司 UV-2012C 型紫外可見分光光度計) 645、663和652 nm 下進行比色測定，采用Lichtenthaler 等[24]公式計算得到葉綠素含量；將單株采集的植株地上部分和洗凈吸干水分的完整根系部分分別先稱取鮮重，再于110 ℃殺青 30 min，80 ℃ 烘干至恒質(zhì)量時進行稱量，即為單株地上和地下干重。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2013 軟件對數(shù)據(jù)進行處理和作圖，采用 SPSS 26.0 軟件進行統(tǒng)計分析。分別對材料和不同水分梯度進行單因素 (One-Way ANOVA)分析，再對材料 × 水分梯度對野大麥生長及產(chǎn)量的影響進行雙因素方差 (Two-Way ANOVA)分析：先進行數(shù)據(jù)方差齊性檢驗后，通過雙因素方差分析，用最小顯著差數(shù)(LSD)標(biāo)示差異是否顯著。

2 結(jié)果分析

2.1 不同水分梯度對野大麥農(nóng)藝性狀的影響

2.1.1 不同水分梯度和內(nèi)生真菌對野大麥分蘗數(shù)的影響

野大麥的分蘗數(shù)隨著水分梯度的增加呈先增加后平緩的趨勢，在W70、W80處理下各材料分蘗數(shù)最多，其中品種E+和SA 與其他水分處理組差異顯著(P＜ 0.05)，SA W80與SA W90處理間除外，但 E+和SA 在W70、W80處理間差異不顯著，且分蘗最大值E+ W80較最小值SA W50增加了70.15%；同一水分梯度下，不同材料間僅在W50、W80處理時表現(xiàn)為E+分蘗數(shù)顯著多于E?和SA (P＜ 0.05)，其余組差別均不顯著(圖1)。

圖1 不同水分梯度和內(nèi)生真菌對野大麥分蘗數(shù)的影響Figure 1 Effects of different water gradients and fungal endophytes on tiller number of wild barley

2.1.2 不同水分梯度和內(nèi)生真菌對野大麥葉長的影響

野大麥的葉長隨著不同水分梯度的增加而先增加后減少的趨勢，不同水分梯度下各材料在W80處理均得到最大值，平均葉長可達28.86 cm，顯著高于其他處理組(P＜ 0.05)，E+ W80與E+ W70處理間除外；同一水分梯度下不同材料的葉長整體為E+ ＞E? ＞ SA，W70與W80處理時各材料間差異顯著(P＜0.05)，其余組趨勢相同但差異顯著性不同(圖2)。

圖2 不同水分梯度和內(nèi)生真菌對野大麥葉長的影響Figure 2 Effects of different water gradients and fungal endophytes on leaf length of wild barley

2.1.3 不同水分梯度和內(nèi)生真菌對野大麥莖粗的影響

野大麥莖粗隨著不同水分梯度的增加而先增加后平緩的趨勢，在W70處理時獲得最大值，為0.636 6 cm，從W80處理后水量增加不會對莖粗產(chǎn)生顯著影響，W50、W60處理下各材料莖粗為0.436 4～0.533 2 cm，低于其他處理；同一水分梯度下不同材料間可看出，在W70之前的各水分處理組E+莖粗顯著高于E?和SA (P＜ 0.05)，W70之后的材料間莖粗差異均不顯著(圖3)。

圖3 不同水分梯度和內(nèi)生真菌對野大麥莖粗的影響Figure 3 Effects of different water gradients and fungal endophytes on stem width of wild barley

2.1.4 不同水分梯度和內(nèi)生真菌對野大麥葉面積的影響

野大麥的葉面積隨著不同水分梯度的增加呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，最大值多集中于W80、W90處理，且顯著高于其他處理組(P＜ 0.05)，其中最大面積E+ W80為最小面積A W50的4.2 倍；同一水分梯度下不同材料間表現(xiàn)為各處理中E+均顯著高于E?和A，E?與A 間也差異顯著(P＜ 0.05)，水分過多或過少時，野大麥E?葉面積顯著大于A，水分適宜時則相反(圖4)。

圖4 不同水分梯度和內(nèi)生真菌對野大麥葉面積的影響Figure 4 Effects of different water gradients and fungal endophytes on leaf area of wild barley

2.1.5 不同水分梯度和內(nèi)生真菌對野大麥葉綠素含量的影響

野大麥葉綠素含量隨著不同水分梯度的增加先增加后減少，E+ W80處理獲得的葉綠素含量最大值較最小值E? W50增加了156%，各處理間差異顯著(P＜ 0.05)，SA W70與SA W80處理間除外；同一水分梯度下各材料間葉綠素含量表現(xiàn)為W70之前SA ＞E+ ＞ E?，W70之后E+顯著最高(P＜ 0.05)，整體表現(xiàn)為E+材料的葉綠素含量受不同水分梯度影響變化最明顯(圖5)。

圖5 不同水分梯度和內(nèi)生真菌對野大麥葉綠素含量的影響Figure 5 Effects of different water gradients and fungal endophytes on chlorophyll content of wild barley

2.1.6 不同水分梯度和內(nèi)生真菌對野大麥根冠比的影響

野大麥根冠比隨著不同水分梯度的增加而先增加后減少，在W60、W70處理下均有較高的根冠比(0.974 5～1.301 4)，之后隨著水量的增加而不斷減少，W90、W100處理下的根冠比在0.468 8～0.734 1，低于其他組；同一水分梯度下不同材料間，SA 的根冠比高于E+和E?，只有在W60、W70處理下E?顯著高于E+ (P＜ 0.05)，其余處理中兩者差異均不顯著(圖6) (P＞ 0.05)。

圖6 不同水分梯度和內(nèi)生真菌對野大麥根冠比的影響Figure 6 Effects of different water gradients and fungal endophytes on root-stem ratio of wild barley

2.2 不同水分梯度和內(nèi)生真菌對野大麥地上地下生長情況及產(chǎn)量的影響

野大麥的株高隨著水分梯度的增加而先增加后減少(圖7)，整體在W80處理下獲得最大值，且與其他處理組差異均顯著(P＜ 0.05)。每組水分處理中各材料間株高大多以E+最高，W70、W80處理下野大麥的株高為29.13～33.40 cm，顯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為22.97 cm，但整體與E?差異不顯著(P＞ 0.05)。野大麥的根長隨著水分梯度的增加而先增加后減少，在W80處理下均值達到27.63 cm，顯著高于其他處理組(P＜ 0.05)。每組處理中各材料間根長除W100外均表現(xiàn)為SA ＞ E+ ＞ E??？傮w看來，W80處理下，地上地下部分生長情況最好，材料間表現(xiàn)為E+地上生長較好，SA 地下根系發(fā)達(圖8)。

圖7 不同水分梯度和內(nèi)生真菌對野大麥株高的影響Figure 7 Effects of different water gradients and fungal endophytes on plant height of wild barley

圖8 不同水分梯度和內(nèi)生真菌對野大麥根長的影響Figure 8 Effects of different water gradients and fungal endophytes on root length of wild barley

野大麥的地上干重隨著水分梯度的增加先增加后減少(圖9)，在W80處理下最大(1.681 7 g)，且與其他處理組差異均顯著(P＜ 0.05)，其中E? W80地上干重分別較E+ W80和SA W80提高了8.90%和30.38%。每組水分處理中均以SA 材料地上干重顯著最低，SA W50地上干重最小，為0.869 1 g，E+和E?材料間也存在差異。野大麥的地下干重隨著水分梯度的增加先增加后減少 (圖10)，整體在W70處理下最大(1.322 3 g)。除W50外，其他水分梯度下各材料間均以A 材料地上干重顯著最高，最大值為SA W70(1.500 2 g)，在W50、W70和W80處理下E+顯著高于E?，其他水分梯度下兩者差異均不顯著(P＞0.05)。

圖9 不同水分梯度和內(nèi)生真菌對野大麥地上干重的影響Figure 9 Effects of different water gradients and fungal endophytes on shoot dry weight of wild barley

圖10 不同水分梯度和內(nèi)生真菌對野大麥地下干重的影響Figure 10 Effects of different water gradients and fungal endophytes on root dry weight of wild barley

2.3 不同水分梯度和內(nèi)生真菌對野大麥交互作用分析

內(nèi)生真菌和不同水分梯度分別對野大麥分蘗、莖粗、葉長、葉面積、葉綠素含量、根冠比、株高、根長、地上干重、地下干重均有極顯著影響(P＜ 0.01)；內(nèi)生真菌 × 不同水分梯度交互作用對野大麥莖粗和根冠比有顯著影響(P＜ 0.05)，對其余指標(biāo)有極顯著影響(P＜ 0.01) (表1)。

表1 水分梯度和內(nèi)生真菌對野大麥的交互作用Table 1 Interaction of water gradient with endophytic fungi on wild barley

3 討論

3.1 水分梯度對野大麥生長的影響

適宜的水分環(huán)境對植物農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量等指標(biāo)均產(chǎn)生一定影響[25]，水分不足影響植物正常生長發(fā)育[26]，但水分含量過高也會對根系生長產(chǎn)生不良影響[27]，甚至影響整體產(chǎn)量與品質(zhì)[28-29]，所以適時適量的補水也至關(guān)重要。本研究探究了野大麥在不同水分梯度下的生長情況，發(fā)現(xiàn)隨著水分梯度的增加，野大麥的株高、莖粗均隨之增加，植株拔高粗壯；分蘗數(shù)、葉長、葉面積和葉綠素含量也明顯增加，枝葉茂盛濃綠得以充分進行光合作用，積累有機物，使最終生物量大幅增加。這與曲濤和南志標(biāo)[30]關(guān)于缺水致使葉綠素含量下降，影響牧草植物的結(jié)穗、產(chǎn)量和品質(zhì)的研究結(jié)果相同。但W80處理后各指標(biāo)便開始減少，根冠比和地下干重較低水分處理時下降尤為明顯，可見水分過多會使根系呼吸受阻，植物無法通過濃密強大的根系維持生長，地下生物量隨之減少，反而抑制植物的生長發(fā)育，同劉虎等[31]和豐煥平[32]所研究的結(jié)論。這既是對水資源造成嚴(yán)重浪費，也會進一步影響產(chǎn)量和品質(zhì)。本研究結(jié)果顯示，野大麥在W80處理下達到整體最大值，且顯著高于其他處理(P＜ 0.05)，地上地下生長情況最適宜，但與W70處理較為相似。W50處理時植株地上生長不良，地下根系發(fā)展較好，植株整體從幼苗期生長便明顯遲緩。水分過多(W100)時，野大麥生長各指標(biāo)明顯受到抑制而下降，倒伏嚴(yán)重，葉片發(fā)黃，根系發(fā)育不良，但W90處理下野大麥仍能保持一定的生長狀態(tài)。這表明，相比干旱，野大麥耐澇性更強，更適宜生長在相對濕潤的土壤環(huán)境中。

3.2 內(nèi)生真菌對野大麥生長的影響

內(nèi)生真菌通常被認(rèn)為對植物的抗逆性會起到一定的促進作用，目前已有研究報道其在抗病蟲害、耐干旱鹽堿和促進生長等方面的作用[33]，而內(nèi)生真菌對野大麥耐澇性的作用還有待深入研究。本研究觀測出‘河西’野大麥生長特點為植株分蘗較多、葉色濃綠且葉面積大，可以獲得較高的牧草產(chǎn)量，單株栽培可以讓其利用空間優(yōu)勢獲得經(jīng)濟高產(chǎn)。而對照組‘薩爾圖’野大麥表現(xiàn)為葉片寬厚堅挺、耐倒伏、地下根系發(fā)育十分發(fā)達[34]，在育苗過程中發(fā)芽率高、出苗情況好，在田間種群數(shù)量較大，多年連續(xù)栽培時其根系優(yōu)勢更易體現(xiàn)。整體分析得出，帶有內(nèi)生真菌的‘河西’野大麥在葉面積、葉綠素含量、地上干重等指標(biāo)都表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢，地上整體生長情況明顯優(yōu)于不帶內(nèi)生真菌的‘河西’野大麥和對照組‘薩爾圖’野大麥。內(nèi)生真菌侵染后的‘河西’野大麥生長旺盛、產(chǎn)量高且耐受力強，尤其在水量不足或過多的不適條件下，多種農(nóng)藝性狀指標(biāo)均高于不帶內(nèi)生真菌和對照組，這證明了內(nèi)生真菌有助于野大麥增加分蘗數(shù)、葉面積和葉綠素含量等，通過促進植物地上部分的生長來抵抗不良環(huán)境，同時還維持地下根系的存活和發(fā)育，保證水分和營養(yǎng)元素的吸收利用。相比對照組，內(nèi)生真菌的侵染能有效增強其宿主植物的耐澇耐旱能力，對植株的生長發(fā)育起到一定的積極作用。

3.3 內(nèi)生真菌與水分梯度對野大麥生長的交互作用

本研究中，內(nèi)生真菌和水分梯度對野大麥生長均有一定的交互作用，適宜的水分條件下內(nèi)生真菌能促進野大麥株高、分蘗、葉面積、產(chǎn)量等生長指標(biāo)更好發(fā)育，在環(huán)境不適時，內(nèi)生真菌減輕植株的受害程度，增強其抗性[35]。不同水分處理下帶內(nèi)生真菌的‘河西’野大麥的生長情況和產(chǎn)量均優(yōu)于不帶菌‘河西’野大麥，且在水分條件適宜時表現(xiàn)得更為明顯。由此可見，內(nèi)生真菌的侵染可以增強野大麥材料本身的農(nóng)藝性狀，若結(jié)合適宜的水分栽培條件，可更大程度上獲得高產(chǎn)。

4 結(jié)論

本研究發(fā)現(xiàn)，野大麥在整個生育期更喜歡較濕潤的生長環(huán)境，且對水分過多的情況也具有一定的忍耐能力，但生長期內(nèi)供水不足會影響其生長發(fā)育和最終產(chǎn)量。70%～80%田間持水量的水分環(huán)境有利于野大麥增加分蘗，促進地上葉片與地下根系的整體發(fā)育，便于最終獲得更高的牧草產(chǎn)量。其中80% FWC 處理下各方面效果最優(yōu)，但田間實際生產(chǎn)中為節(jié)水高效選用70% FWC 亦可達到相似結(jié)果。供試材料中‘河西’野大麥在地上部長勢和產(chǎn)量等方面均優(yōu)于‘薩爾圖’品種，其中帶有內(nèi)生真菌的‘河西’野大麥整體指標(biāo)明顯更優(yōu)于不帶內(nèi)生真菌的‘河西’野大麥，可見帶內(nèi)生真菌的‘河西’野大麥具有作為優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)新牧草品種的潛質(zhì)。材料與水分梯度的交互作用對野大麥整體生長影響顯著。因此探究適宜的水分條件和帶有內(nèi)生真菌的優(yōu)質(zhì)材料是獲得牧草型野大麥高產(chǎn)的新途徑。