酸性脅迫下Ca、P及接種量對(duì)苜蓿-根瘤菌體系群體感應(yīng)及固氮性能的影響.pdf

1、全世界耕地和潛在可耕地的50％是酸性土壤，而我國(guó)酸性土壤遍及南方15個(gè)省區(qū)，總面積達(dá)2.03×107hm2，約占全國(guó)土地總面積的21％。由于氣候和長(zhǎng)期施用化肥等因素，這個(gè)比例還在擴(kuò)大。酸性土壤抑制豆科植物及其根瘤菌的存活，進(jìn)而影響共生固氮體系固氮性能和生物產(chǎn)量。本文以紫花苜蓿和耐酸苜蓿根瘤菌為研究對(duì)象，研究施鈣、磷和耐酸苜蓿根瘤菌接種量對(duì)酸性條件下紫花苜蓿生長(zhǎng)、苜蓿結(jié)瘤固氮以及根瘤菌群體感應(yīng)的影響，初步探討了不同鈣、磷水平和根瘤菌接種量

2、與苜蓿生長(zhǎng)和根瘤菌群體感應(yīng)水平相互之間的關(guān)系。通過(guò)研究，取得了以下結(jié)果：
　　 (1)紅色熒光蛋白質(zhì)粒pDsRed2-1在大腸桿菌DH5α內(nèi)可大量表達(dá)，并且能夠發(fā)出穩(wěn)定的紅色熒光。在大腸桿菌DH5α體內(nèi)提取的pDsRed2-1質(zhì)粒通過(guò)電轉(zhuǎn)化方法成功導(dǎo)入根瘤菌，質(zhì)粒在根瘤菌體內(nèi)能夠連續(xù)傳代。為根瘤菌的生長(zhǎng)和結(jié)瘤性能研究提供更為簡(jiǎn)便和準(zhǔn)確的高效檢測(cè)手段。
　　 (2)在酸性環(huán)境中，環(huán)境pH是影響苜蓿產(chǎn)量和品質(zhì)的主要因子，施加

3、鈣、磷和接種不同濃度耐酸根瘤菌可以在一定程度上降低環(huán)境pH對(duì)苜蓿生長(zhǎng)的負(fù)效應(yīng)。鈣是影響根際微生態(tài)環(huán)境的主要因素，起決定性作用，營(yíng)養(yǎng)元素磷在鈣的基礎(chǔ)上發(fā)揮良好的促進(jìn)作用，高濃度鈣起抑制作用。當(dāng)鈣濃度為5mmol/L、磷濃度為4μmol/L時(shí)，效果較佳；根瘤菌接種量為109 CFU/mL時(shí)最好；施鈣、磷的處理對(duì)根瘤菌群體感應(yīng)水平、根瘤菌數(shù)目、根毛變形率、結(jié)瘤率和固氮酶活較不施鈣、磷的處理分別提高116.7％、50.1％、320％、163.2

4、％和78.6％。接種耐酸根瘤菌的處理對(duì)根瘤菌群體感應(yīng)水平、根瘤菌數(shù)目、根毛變形率、結(jié)瘤率和固氮酶活較不接種的分別提高1452.7％、170％、336.6％、499％和277.4％。在有限的空間內(nèi)，鈣、磷、接種耐酸根瘤菌提高了根瘤菌群體感應(yīng)水平，促進(jìn)根瘤菌繁殖、數(shù)目的增加，致使結(jié)瘤率的提高，增加根瘤鮮重；提高苜蓿根毛變形率，使苜蓿結(jié)瘤提前、同期結(jié)瘤數(shù)增加和固氮酶活性提高。
　　 (3)在酸性環(huán)境中，施加不同鈣、磷水平和接種根瘤菌對(duì)

5、苜蓿植株瘤重等農(nóng)藝性狀有極顯著或顯著影響。鈣、磷直接作用于根際微生態(tài)環(huán)境，改善微生態(tài)環(huán)境，并提高根瘤菌存活，提高根瘤固氮酶活性，增強(qiáng)共生體系結(jié)瘤固氮性能，從而促進(jìn)苜蓿生長(zhǎng)，改善苜蓿農(nóng)藝性狀。施鈣、磷的處理對(duì)苜蓿瘤鮮重、株高、植株鮮重、根鮮重和全氮含量較不施鈣、磷的處理分別提高667.7％、80.2％、82.9％、196.2％和26.2％；施不同鈣、磷水平處理對(duì)紫花苜蓿瘤鮮重、株高、全氮含量的影響均達(dá)到了極顯著水平(p<0.01)，對(duì)苜蓿

6、植株鮮重和根鮮重的影響達(dá)到了顯著水平(p<0.05)。并當(dāng)鈣濃度為5mmol/L、磷濃度為4μmol/L時(shí)，效果較佳。接種耐酸根瘤菌的處理對(duì)苜蓿瘤鮮重、株高、植株鮮重、根鮮重、上部鮮重和全氮含量較不接種的分別提高1800％、451％、315.4％、361.5％、864.2％和180.9％。接種不同濃度根瘤菌對(duì)苜蓿各農(nóng)藝性狀的影響均達(dá)到極顯著水平(p<0.01)。接種不同濃度耐酸根瘤菌直接提高苜蓿根瘤菌群體感應(yīng)水平，提高根瘤固氮酶活性，改

7、良苜蓿農(nóng)藝性狀。
　　 (4)通過(guò)SPSS相關(guān)關(guān)系分析，瘤重與株高、根鮮重、地上部鮮重和植株全氮呈極顯著或顯著相關(guān)關(guān)系。說(shuō)明施用適當(dāng)濃度的鈣、磷、接種一定量耐酸根瘤菌以及共生系統(tǒng)良好的結(jié)瘤性能能夠提高酸性土上紫花苜蓿的產(chǎn)量和品質(zhì)。
　　 (5)在酸性環(huán)境中，不同鈣、磷水平對(duì)紫花苜蓿根系草酸、蘋果酸分泌量的影響均達(dá)到了極顯著水平(p<0.01)。施鈣、磷的處理對(duì)苜蓿根系草酸和蘋果酸分泌量較不施鈣、磷的處理分別減少26.1％

8、和72.1％；施加鈣、磷后，根系草酸和蘋果酸的分泌量減少，鈣是影響根系草酸和蘋果酸分泌的主要因素，起決定性作用，營(yíng)養(yǎng)元素磷在鈣的基礎(chǔ)上對(duì)根系草酸分泌發(fā)揮良好的促進(jìn)作用，對(duì)根系蘋果酸分泌起抑制作用；鈣可抵御酸性脅迫，根際加入鈣可改善根部環(huán)境，致使根不需再分泌更多的草酸和蘋果酸來(lái)抵御外界環(huán)境。接種耐酸根瘤菌的處理對(duì)苜蓿根系草酸和蘋果酸分泌量較不接種的處理分別減少34.7％和39.2％；根瘤菌接種量為105CFU/mL時(shí)，即可抑制苜蓿根系草酸

9、和蘋果酸的分泌，當(dāng)接種量達(dá)到或超過(guò)108CFU/mL時(shí)，對(duì)根系草酸和蘋果酸的分泌無(wú)顯著影響。
　　 (6)在酸性環(huán)境中，施加鈣、磷和接種不同耐酸根瘤菌接種量對(duì)培養(yǎng)環(huán)境中根瘤菌數(shù)量的影響均達(dá)到了極顯著水平(p<0.01)；在酸性環(huán)境中，施加鈣、磷和不同接種量的耐酸根瘤菌對(duì)根瘤菌群體感應(yīng)的影響均達(dá)到了極顯著水平(p<0.01)，說(shuō)明施加鈣、磷水平和接種耐酸根瘤菌，可以提高根瘤菌群體感應(yīng)水平；并且鈣、磷濃度和根瘤菌接種濃度分別為5mm