中国农业科学 ›› 2019, Vol. 52 ›› Issue (19): 3393-3403.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.19.010
收稿日期:
2019-03-25
接受日期:
2019-06-04
出版日期:
2019-10-01
发布日期:
2019-10-11
通讯作者:
廖红
作者简介:
刘鹏,E-mail:448860600@qq.com。
基金资助:
LIU Peng,TIAN YingZhe,ZHONG YongJia,LIAO Hong()
Received:
2019-03-25
Accepted:
2019-06-04
Online:
2019-10-01
Published:
2019-10-11
Contact:
Hong LIAO
摘要:
【背景】 花生(Arachis hypogaea L.)是世界上重要的油料和经济作物。在我国南方产区,大部分花生种植地土壤为酸性。酸性土壤不仅pH值低、瘦瘠,而且还有低磷、铝毒等诸多障碍因素,严重限制了花生的生物固氮及产量。【目的】 本文旨在分离及应用适应酸性土壤的高效固氮根瘤菌,提高花生固氮效率及产量,改良酸性土壤。【方法】 利用平板划线结合镜检的方法,从田间采集的新鲜花生根瘤中分离纯化单菌落;通过PCR技术检测分离物中是否含有结瘤基因nodA和固氮基因nifH,进行根瘤菌的初步分子鉴定;再通过16S rRNA基因序列比对,对根瘤菌进行进一步分子鉴定。候选根瘤菌通过水培回接,检测其与花生的共生结瘤及固氮能力;再通过田间试验评价筛选出来的候选根瘤菌在酸性土壤上的应用效果。【结果】 本研究首先从不同酸性土壤种植区域的花生根瘤中分离、纯化得到256个分离物;其中10株含有nodA和nifH,初步确定为根瘤菌。经16S rRNA基因全长序列测定,发现8株为慢生型根瘤菌(Bradyrhizobium),2株为根瘤菌属根瘤菌(Rhizobium)。水培回接试验发现,这10株根瘤菌均能够与花生共生、形成有效根瘤,证实是花生根瘤菌。在此基础上,选取4株固氮效率较高的根瘤菌,在酸性土壤上应用。结果表明,4株根瘤菌均能与花生在酸性土壤上形成根瘤,而未接种的花生根部不能形成根瘤。并且接种根瘤菌后显著改善了花生氮营养,提高了花生的生物量和产量。与不接种的对照相比,接种根瘤菌后,花生生物量、产量和氮含量分别提高了27.1%—38.0%、24.7%—104.2%和73.9%—151.3%。【结论】 本研究分离鉴定的花生根瘤菌能够高效固氮和适应酸性土壤,具有重要的应用前景。
刘鹏,田颖哲,钟永嘉,廖红. 酸性土壤上花生高效根瘤菌的分离及应用[J]. 中国农业科学, 2019, 52(19): 3393-3403.
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表1
各采样点土壤基本理化性质"
试验点 Site | pH | 碱解氮Alkali-hydrolyzable nitrogen (mg·kg-1) | 速效磷 Available phosphorus (mg·kg-1) | 速效钾 Available potassium (mg·kg-1) | 有机质 Organic matter (g·kg-1) |
---|---|---|---|---|---|
安溪 Anxi | 5.10±0.16 | 128.98±30.33 | 5.05±0.16 | 50.61±9.38 | 13.2±1.1 |
福安 Fuan | 4.22±0.17 | 86.93±12.50 | 105.49±32.37 | 106.33±14.78 | 19.6±6.0 |
洋中 Yangzhong | 4.73±0.13 | 105.84±20.22 | 85.23±10.96 | 128.88±2.99 | 14.6±2.1 |
安溪茶园 Anxi tea garden | 4.58±0.02 | 35.81±1.70 | 4.90±0.74 | 100.15±8.83 | 19.4±0.8 |
表2
根瘤菌分析鉴定所用的PCR引物"
引物 Primer | 引物序列 Primer sequence (5′-3′) | PCR反应体积 Reaction volume of PCR (μL) | 产物大小 Product size (bp) | 退火温度 Annealing temperature (℃) | 参考文献 Reference |
---|---|---|---|---|---|
nifH-F | GTCATGTCYTCSAGYTCNTCCA | 10 | 450 | 58 | [17] |
nifH-R | GCTTCCATGGTGATCGGGGT | ||||
nodA-F | TGCRGTGGARDCTRYGCTGGGAAA | 10 | 750 | 56 | [18] |
nodA-R | GNCCGTCRTCRAASGTCARGTA | ||||
16S 27-F | AGAGTTTGATCMTGGCTCAG | 25 | 1470 | 60 | [19-20] |
16S 1492-R | AGAGTTTGATCMTGGCTCAG |
表3
水培试验中接种不同根瘤菌对花生结瘤及生长的影响"
根瘤菌 Strain of rhizobia | 根瘤数 Nodule number (NO./plant) | 生物量 Biomass (g/plant) | SPAD值 SPAD value | 含氮量 N content (mg/plant) |
---|---|---|---|---|
CK | 0 | 0.62±0.06 | 18.83±3.88 | 8.45±0.74 |
AXLQ1-6 | 23±6 | 0.67±0.18 | 26.53±1.96** | 51.35±1.37*** |
AXLQ1-7 | 39±8 | 0.65±0.24 | 25.93±2.89* | 14.11±0.53* |
YZHO5-5 | 18±3 | 0.59±0.00 | 24.07±1.43* | 25.99±2.74** |
YZMO10-8 | 21±6 | 0.63±0.17 | 27.80±2.26** | 12.10±1.90* |
FAMB12-6 | 11±1 | 0.60±0.30 | 22.73±1.95* | 17.35±1.22** |
YZMB13-3 | 18±4 | 0.67±0.05 | 25.43±5.06* | 25.06±6.43** |
YZHO13-7 | 19±7 | 0.54±0.13 | 20.87±3.55 | 20.33±3.33** |
FAMB13-9 | 28±6 | 0.51±0.11 | 19.60±4.44 | 19.89±5.30** |
YZLH14-3 | 16±8 | 0.61±0.15 | 24.53±4.65 | 28.16±3.24** |
YZMO14-4 | 22±5 | 0.69±0.19 | 23.60±4.16 | 13.40±0.98* |
表4
田间接种不同根瘤菌对花生结瘤及生长的影响"
根瘤菌 Species of rhizobia | 根瘤数 Nodule number (NO./plant) | 生物量 Biomass (g/plant) | SPAD值 SPAD value | 植株含氮量 Nitrogen content (g/plant) | 产量 Yield (g/plant) | 单株荚数 Pod number (NO./plant) |
---|---|---|---|---|---|---|
CK | 0b | 24.12±1.40b | 37.97±2.71b | 0.27±0.03c | 19.02±1.48d | 15.14±0.81c |
AXLQ1-6 | 98.20±47.66a | 32.23±1.03a | 47.10±3.78a | 0.47±0.03b | 31.50±1.99b | 22.50±1.00b |
FAMB12-6 | 146.80±40.39a | 33.21±2.61a | 46.38±1.23a | 0.58±0.08b | 38.84±3.57a | 28.71±1.91a |
YZMB13-3 | 194.50±35.40a | 33.28±2.10a | 48.88±1.56a | 0.70±0.07a | 29.41±0.84b | 26.38±1.11a |
YZMO14-4 | 68.70±17.57a | 30.66±1.72a | 46.24±2.41a | 0.48±0.04b | 25.25±1.23c | 27.25±1.01a |
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