酸性脅迫下Ca、P及接種量對苜蓿-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，約占全國土地總面積的21％。由于氣候和長期施用化肥等因素，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象，研究施鈣、磷和耐酸苜蓿根瘤菌接種量對酸性條件下紫花苜蓿生長、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、與苜蓿生長和根瘤菌群體感應(yīng)水平相互之間的關(guān)系。通過研究，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。為根瘤菌的生長和結(jié)瘤性能研究提供更為簡便和準(zhǔn)確的高效檢測手段。
　　 (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對苜蓿生長的負(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

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，改善苜蓿農(nóng)藝性狀。施鈣、磷的處理對苜蓿瘤鮮重、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，營養(yǎng)元素磷在鈣的基礎(chǔ)上對根系草酸分泌發(fā)揮良好的促進(jìn)作用，對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抵御外界環(huán)境。接種耐酸根瘤菌的處理對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108CFU/mL時(shí)，對根系草酸和蘋果酸的分泌無顯著影響。
　　 (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