耐重金属苜蓿中华根瘤菌的筛选及其与能源植物联合富集铜的特性

为了提高能源植物在重金属矿区废弃地边际土壤上的适应性,研发根瘤菌-能源植物联合修复技术,从生长于铜矿废弃地土壤上的紫花苜蓿根瘤中分离纯化根瘤菌,并研究其对紫花苜蓿、多年生黑麦草和甜高粱等能源植物生长和富集铜的作用,探究根瘤菌对铜矿废弃地土壤改良的效应。结果表明,从紫花苜蓿根瘤中分离筛选到一株耐铜铅镉的苜蓿中华根瘤菌D10。在铜矿废弃地土壤上,甜高粱的生物量可达黑麦草的4.6～6.4倍。与接灭菌液对照相比,D10菌株能够促进紫花苜蓿和甜高粱的干重显著增加28.6%～78.1%,铜吸收量显著增加50.4%～111.8%。但D10菌株不能促进黑麦草的生长和Cu吸收。D10菌株能够促进甜高粱和紫花苜蓿生长和Cu富集,增加根际土壤有效态Cu含量、水溶性糖含量和土壤脲酶活性,具有应用于铜矿废弃地植被恢复和联合修复污染土壤的潜力。     

锰渣-土壤混合基质上黑麦草和紫花苜蓿生长状况及其对锰的累积特征

以紫花苜蓿(Medicago sativa)和黑麦草(Lolium perenne)为材料,在盆栽条件下探讨紫花苜蓿和黑麦草在电解锰渣–土壤混合基质中的生长状况及其对锰(Mn)的吸收特点。结果表明:土壤添加7%、14%、21%、28%、35%的电解锰渣后,紫花苜蓿、黑麦草的发芽率明显下降,而总生物量随着电解锰渣添加量的增加先增加后降低;但两种植物的株高均出现不同程度的增加,特别是黑麦草。随着电解锰渣添加量的增加,黑麦草中光合色素含量增加,在锰渣添加为14%时叶绿素含量最大,显著高出无锰渣对照34.7%(P 0.05);紫花苜蓿中叶绿素和类胡萝卜素含量随着锰渣添加先增加后下降,在锰渣添加量为14%时达到最大,分别高出对照59.7%、28.0%。在土壤中添加锰渣后,紫花苜蓿中丙二醛(MDA)含量、抗氧化酶包括超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)活性明显提高,而黑麦草中MDA含量、SOD、CAT和POD活性没有明显变化,说明黑麦草的耐受性大于紫花苜蓿。同时,在锰渣–土壤混合基质上紫花苜蓿、黑麦草的地上部分和根系中的锰含量均随着电解锰渣的添加量增加而提高,总体上黑麦草的富集系数大于紫花苜蓿,而对Mn的转移能力是紫花苜蓿大于黑麦草。研究结果显示,两种植物都可作为锰渣堆场生态修复的备选植物,但锰渣对紫花苜蓿的抑制作用大于黑麦草,因此,黑麦草更适合作为锰渣堆场生态修复的先锋植物。     

多年生黑麦草对覆土作用下铜尾矿的修复

选用耐性强的草坪草进行铜尾矿的植物修复,对尾矿的复垦和重金属污染的治理有十分重要的作用。因此,本研究通过盆栽试验,研究了多年生黑麦草(Lolium perenne)对不同比例的铜尾矿基质的修复效果,具体分析了多年生黑麦草的生长状况、土壤理化性质、土壤酶活性、土壤全铜和有效态的含量以及多年生黑麦草体内铜的含量与分布。结果表明,多年生黑麦草在铜尾矿基质中能较好生长,无严重伤害。多年生黑麦草显著改善了铜尾矿基质的营养和土壤酶活性,与不种植黑麦草组比,种植多年生黑麦草组中有机质、全氮、全磷、全钾含量平均增加了55.5%、 44.1%、 30.0%和24.9%;蔗糖酶、脲酶、磷酸酶和过氧化氢酶活性平均增加了24.8%、 20.5%、 11.4%和14.2%,均存在显著差异(P0.05)。同时,多年生黑麦草的生长和吸收作用促进了土壤铜的活化,这种活化与吸收过程共同降低了土壤铜含量,平均降幅达到12.2%,推动了铜尾矿基质的修复进程。该试验为进一步利用多年生黑麦草修复现场铜尾矿提供了思路和方法,也为其他植物对重金属尾矿的修复提供了参考和借鉴。     

吉林省“公农1号”紫花苜蓿高效根瘤菌株的筛选

在吉林省4个生态类型地区采集了74株不同建植年限苜蓿的根瘤,调查了＂公农1号＂紫花苜蓿根瘤菌株的分布情况。结果表明,苜蓿根瘤多数分布在根部10cm以下的须根;根瘤数量、重量受苜蓿建植年限、不同生态类型及土壤类型的影响较大。分离纯化所得的81株根瘤分离物经＂公农1号＂苜蓿水培回接结瘤试验,得到bc8,gzl59和da80等8个优良根瘤菌株;在温室条件下,对回接试验筛选出的8个菌株进行土壤盆栽复筛试验,以期筛选出适合＂公农1号＂苜蓿生长的高效根瘤菌株。结果表明,根瘤分布在植株根部10～30cm处;在所有供试菌株中,菌株bc18、yj34、bc94和gzl59表现较为优良。菌株yj34和bc94对茎长和叶片数影响最大,茎长分别增加60.17%和59.86%,叶片数分别增加97.92%和95.92%;菌株gzl59对根长影响最大,根长增加64.32%;菌株gzl59和bc94对提高植株干重贡献最大,其中,菌株gzl59比对照增产288.24%;供试菌株对根瘤数的影响也很显著,接种菌株yj34的苜蓿根瘤数相比其他菌株较高,达104.24%。综合分析,发现根瘤菌株gzl59、bc94和yj34较其他菌株表现突出,是吉林省＂公农1号＂苜蓿的高效根瘤菌株。     

利用土壤筛选紫花苜蓿高效共生根瘤菌的初步研究

采用西北地区土壤试管栽培法对12株不同地区来源的根瘤茵和2个紫花苜蓿Medicago sativa品种(品系)进行接种效果的研究，旨在使筛选结果尽量接近实际生产环境，筛选出符合实际效果的高效共生菌株。结果表明，紫花苜蓿与根瘤菌之间表现出共生效果的多样性。绝大多数接种根瘤菌的紫花苜蓿在总瘤数、有效瘤数、地上部干质量方面与不接种的对照相比分别增加了7％～240％，10％～367％，7％～150％。根瘤菌与紫花苜蓿品种之间存在着互作关系，且受土壤因子尤其是土壤养分状况的影响。初步筛选出的与2个紫花苜蓿品种(品系)最佳共生匹配的根瘤菌菌株分别是：中苜一号的73317，01006，01055；金皇后的83092，01006，01055。     

锰渣-土壤混合基质上黑麦草和紫花苜蓿生长状况及其对锰的累积特征

以紫花苜蓿(Medicago sativa)和黑麦草(Lolium perenne)为材料,在盆栽条件下探讨紫花苜蓿和黑麦草在电解锰渣-土壤混合基质中的生长状况及其对锰(Mn)的吸收特点.结果表明:土壤添加7％、14％、21％、28％、35％的电解锰渣后,紫花苜蓿、黑麦草的发芽率明显下降,而总生物量随着电解锰渣添加量的增加先增加后降低;但两种植物的株高均出现不同程度的增加,特别是黑麦草.随着电解锰渣添加量的增加,黑麦草中光合色素含量增加,在锰渣添加为14％时叶绿素含量最大,显著高出无锰渣对照34.7％(P<0.05);紫花苜蓿中叶绿素和类胡萝卜素含量随着锰渣添加先增加后下降,在锰渣添加量为14％时达到最大,分别高出对照59.7％、28.0％.在土壤中添加锰渣后,紫花苜蓿中丙二醛(MDA)含量、抗氧化酶包括超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)活性明显提高,而黑麦草中MDA含量、SOD、CAT和POD活性没有明显变化,说明黑麦草的耐受性大于紫花苜蓿.同时,在锰渣-土壤混合基质上紫花苜蓿、黑麦草的地上部分和根系中的锰含量均随着电解锰渣的添加量增加而提高,总体上黑麦草的富集系数大于紫花苜蓿,而对Mn的转移能力是紫花苜蓿大于黑麦草.研究结果显示,两种植物都可作为锰渣堆场生态修复的备选植物,但锰渣对紫花苜蓿的抑制作用大于黑麦草,因此,黑麦草更适合作为锰渣堆场生态修复的先锋植物.     

施磷和接种根瘤菌对黄河三角洲紫花苜蓿生长及品质的影响

田间试验研究了施磷肥和接种根瘤菌对黄河三角洲地区紫花苜蓿生长及品质的影响.结果表明,播种前施磷肥能明显提高紫花苜蓿的出苗和成苗率,显著提高紫花苜蓿的叶茎比、叶面积指数、叶绿素含量,并提高干物质产量12.9%～85.5%.施磷肥还显著提高了紫花苜蓿地上部可溶性碳水化合物和粗蛋白质的含量,降低了中性洗涤纤维含量,使饲草体外干物质消化率增加0.73%～8.49%.播种时接种根瘤菌能显著增加紫花苜蓿单株根瘤结瘤数和平均根瘤重,并能改善苗期的生长,但对干物质产量影响不明显.试验结果显示,黄河三角洲地区种植紫花苜蓿施用过磷酸钙750 kg/hm2,并接种根瘤菌可获得较好的提高产量和改善品质的效果.     

根瘤菌对紫花苜蓿生物修复镉污染功能的影响

为研究根瘤菌对紫花苜蓿修复镉污染土壤的作用，本试验在低氮素（1 mmol·L^-1）和高氮素（4 mmol·L^-1）水平下对接种和不接种根瘤菌的紫花苜蓿（Medicago sativa L.）进行镉（CdCl₂）胁迫处理，测定处理后的株高、生物量、地上部和地下部镉含量、氮含量、叶片叶绿素和丙二醛含量。结果表明：在Cd胁迫下，提高氮素水平可显著增加植物株高和生物量、叶片叶绿素含量和Cd含量（P<0.05）；接种根瘤菌可提高紫花苜蓿氮素含量，增加植物的株高、生物量、叶片叶绿素含量和Cd含量，降低丙二醛含量（P<0.05）。综上所述，根瘤通过增加氮素含量缓解重金属Cd的毒害，并促进紫花苜蓿对Cd的吸收，表明根瘤菌在Cd污染土壤的修复中具有较大潜力和广阔的应用前景。     

5株根瘤菌接种紫花苜蓿的效果

以5株耐盐型苜蓿中华根瘤菌(Sinorhizobium meliloti)(ACCC17537,ACCC17558,ACCC17617,ACCC17631和ACCC17676)为材料,采用包衣接种和液体菌剂拌种两种方式,以不含根瘤菌的包衣处理和不含根瘤菌的液体菌剂拌种处理为对照,在滨海盐渍区盐化潮土上对"中苜1号"紫花苜蓿(Medicago sativa cv.Zhongmu No.1)进行接种试验,筛选出高效菌株及最佳接种方式。结果表明,在盐碱化程度较大、缺乏根瘤菌的土壤中,包衣接种根瘤菌的效果明显优于液体菌剂拌种。另外,5株根瘤菌包衣接种效果差异明显,且苜蓿接种后单株地上部分干重、粗蛋白含量及单株根瘤数均比对照有显著提高(P0.05)。菌株ACCC17558和ACCC17617接种效果最佳,可使苜蓿单株地上部分干重、单株总根瘤数、单株有效根瘤数和粗蛋白含量分别比对照提高91.4%和164.4%、91.8%和99.6%、99.8%和100.7%、8.6%和12.3%,表明两菌株的接种效果优于其他菌株,是在盐碱土壤中与"中苜1号"紫花苜蓿最佳共生的高效根瘤菌。     

促进镉吸收积累的植物根际促生菌的筛选及其对一年生黑麦草的影响

植物根际促生菌（PGPR）具有促进植物生长和提高重金属吸收的能力。因此,将PGPR作为土壤修复菌接种到具有较大生物量的植物根际,对提高植物修复效率具有重要意义。从镉污染地区的植物根际土壤中分离得到30株耐镉菌株,根据其分泌吲哚乙酸（IAA）、溶磷、产1-氨基环丙烷-1-羧酸（ACC）脱氨酶、铁载体及促生试验结果,选取2株具有PGPR特性的菌株接种到耐镉性不同的两种一年生黑麦草品种IdyⅡ和Wasehope中,测定它们对黑麦草生长和镉吸收积累的影响。当土壤镉含量为（19.5±0.42） mg·kg^-1时,分别接种Pi01和Ma02,结果表明：镉处理下,接种2种菌株后两种一年生黑麦草的生物量和镉积累量均显著提高（P<0.05）;叶绿素含量增加;光合作用增强;根际土壤镉有效态含量增加。因此,接种筛选出的2种PGPR能够促进黑麦草生长,增加其对镉的积累。     

四种草本植物对铅锌尾矿土壤重金属的抗性与吸收特性研究

盆栽试验的结果表明,高羊茅、早熟禾、黑麦草和紫花苜蓿在铅锌尾矿土壤或处理的尾矿土壤上都能生长,但在处理土壤上生长的植物长势明显优于对照,其中紫花苜蓿的生物量所受影响比其他几种草本植物更大,说明其重金属抗性低于其他几种植物.单位面积上4种植物体内重金属含量均为Zn>Pb>Cu>Cd,但每种植物对Cd、Pb、Zn和Cu的吸收浓度和分布均不相同,一般为根系浓度大于茎叶.加入改良剂和有机肥(菜枯)使生长在铅锌尾矿污染土壤上的4种草本植物生物量显著增加,植物体中的Cd、Pb和Zn元素浓度下降,但Cu元素浓度反而上升,结果单位面积上4种草本植物吸收各重金属元素的量均有所增加,可见利用改良措施与草本植物相结合的方法来修复重金属污染土壤具有可行性.     

铜污染土壤中不同多年生黑麦草品种富集效应的评价

采用盆栽试验,测定10个多年生黑麦草(Lolium perenne)品种在不同浓度铜污染土壤中的干生物量,以及植株根部、茎秆和叶片3个不同部位中的铜富集量,以期为铜污染土壤的恢复治理提供参考依据。结果表明:试验条件下,多年生黑麦草根部、茎秆和叶片3个不同部位中铜富集量随着土壤中Cu2+浓度的升高而升高;多年生黑麦草5(Harukaze)的铜富集能力较强,多年生黑麦草7和9的铜富集能力较差,其他介于两者之间。在铜胁迫下,多年生黑麦草根部是主要的铜富集器官,其次为茎秆,最后是叶片。采用隶属函数法铜富集特性进行综合评价,黑麦草5(Harukaze)具有较好铜富集能力,可优先考虑。     

生物炭与干旱胁迫对接种紫花苜蓿光合效率及生长的影响

试验以接种根瘤菌‘Sm1021’的紫花苜蓿（Medicago sativa L.）为材料,将土壤和生物炭按比例混合（0%,0.5%,1%,1.5%,2%）,然后进行不同程度（正常土壤水分处理,轻度,中度,重度）干旱胁迫,旨在研究土壤中添加不同水平生物炭与干旱胁迫对接种根瘤菌紫花苜蓿光合效率及生长的影响,探讨生物炭多孔性特性是否能够提高根瘤菌固氮能力,从而促进苜蓿生长。结果表明：干旱胁迫显著抑制紫花苜蓿的光合效率和生长（P<0.05）,重度干旱抑制作用最显著（P<0.05）;添加生物炭能够提高接种紫花苜蓿光合效率,促进植株生长;随生物炭水平升高,紫花苜蓿光合效率和生物量先增加后降低。研究认为,添加0.5%~1%水平的生物炭可增加接种紫花苜蓿叶面积,促进光合效率,缓解干旱胁迫对植株造成的伤害,从而促进生长。     

菌根真菌和根瘤菌接种对紫花苜蓿和无芒雀麦混播牧草生物量的影响

丛枝菌根真菌（Arbuscular mycorrhizal fungi,AMF）和根瘤菌是自然界存在的两类重要的共生微生物,分别能与宿主植物形成丛枝菌根和根瘤的共生体系,对宿主植物的生长具有重要影响。本研究通过建立丛枝菌根真菌-禾本科牧草和丛枝菌根真菌-豆科牧草-根瘤菌的共生体,研究AMF和根瘤菌接种对混播中紫花苜蓿（Medicago sativa）和无芒雀麦（Bromus inermis Leyss）生长的影响。结果表明：与CK相比,单独接种根瘤菌处理下单播和混播的紫花苜蓿地上单株生物量分别提高了65.42%和53.41%,地下单株生物量提高了96.66%和114.42%。单独接种AMF处理下单播和混播的紫花苜蓿地上单株生物量分别提高了35.33%和23.20%,地下单株生物量提高了40.00%和46.45%。而AMF和根瘤菌双接种处理下单播和混播的紫花苜蓿地上单株生物量分别提高了105.66%和185.64%,地下单株生物量分别提高了167%和121%。综上所述,AMF和根瘤菌双接种对紫花苜蓿生物量的促进作用具有协同效应。     

基于GGE双标图分析紫花苜蓿根瘤菌的抗盐性

为准确评价紫花苜蓿根瘤菌的抗盐性,采用GGE双标图对来自兰西地区、哈尔滨地区的6个紫花苜蓿根瘤菌(Rhizobium)菌株分别进行耐盐性、耐酸碱及其泌酸碱能力的评价研究,结果表明:哈尔滨地区紫花苜蓿根瘤菌株Hmx c耐盐性极强,在10％ NaCl培养基上生长正常;兰西地区紫花苜蓿根瘤菌株Lmx-a和哈尔滨地区紫花苜蓿根瘤菌株Hmx-b耐酸性最强,能在pH4.0的培养基上正常生长;耐碱性最强的是兰西地区菌株Hmx-c,可以在pH12.0的培养基上正常生长.进一步试验表明,菌株Hmx-a既能抗pH4.0的酸逆境,又能抗pH11.0的碱逆境.同时,菌株耐碱性的强弱与其泌酸能力相关.GGE双标图为研究紫花苜蓿根瘤菌的抗逆性提供了更为直观有效的分析手段.     

咪唑乙烟酸土壤处理对紫花苜蓿及其根瘤生长的影响

采用田间试验的方法,研究了5.0%咪唑乙烟酸水剂的土壤处理对紫花苜蓿(Medicago sativa)及其根瘤生长的影响。结果表明,5.0%咪唑乙烟酸水剂4个施用剂量（0.067 5、0.082 5、0.097 5和0.112 5 kg/hm2）的土壤处理对紫花苜蓿出苗率及生长状况的抑制作用明显。其中剂量0.112 5 kg/hm2咪唑乙烟酸的抑制作用最强,剂量0.082 5和0.097 5 kg/hm2的抑制作用次之,剂量0.067 5 kg/hm2的抑制作用最小。通过施药后3次取样表明,不同剂量咪唑乙烟酸土壤处理后苜蓿根瘤数目、干质量积累增长的抑制效应不同,高剂量条件下苜蓿受到较长时间的抑制作用;中间剂量和低剂量作用下随时间的推移可以解除对根瘤干物质积累的抑制作用,苜蓿根瘤等级状况可以得到恢复或改善。施药后10周,不同剂量咪唑乙烟酸可导致紫花苜蓿植株干质量在0.05水平上差异显著,但植株全氮量差异不显著,范围在2.2~2.6 mg/g。因此,咪唑乙烟酸土壤处理对紫花苜蓿根瘤菌生长的安全用量不应高于0.067 5 kg/hm2。     

紫花苜蓿水浸液对黑麦草种子萌发及幼苗生长的影响

采用0.15、0.10、0.05 g/mL的紫花苜蓿根茎、叶及根际土壤水浸液浸种,以蒸馏水作对照,研究紫花苜蓿营养器官和根际土壤水浸提液对黑麦草种子萌发及幼苗生长的影响。结果显示:不同部位紫花苜蓿营养器官和根际土壤水浸液对黑麦草种子萌发有抑制作用,且根茎水浸液>叶水浸液>根际土壤水浸液,差异显著(P<0.05);紫花苜蓿根茎水浸液对黑麦草种子幼苗生长有抑制作用,0.15 g/mL作用极显著(P<0.01);叶水浸液对黑麦草种子幼苗生长呈低浓度促进高浓度抑制;低浓度根际土壤水浸液对黑麦草种子幼苗生长具有一定促进作用。紫花苜蓿不同部位的水浸液对黑麦草的化感作用不同,且都具有一定的浓度趋势。     

豆科植物-根瘤菌固氮系统及其碳氮互作

根瘤菌是好氧型异养微生物,与豆科植物共生形成根瘤后可将N2转化为氨提供给植物,并消耗豆科植物光合作用产物。在豆科植物与根瘤菌共生过程中,根瘤菌侵染植物后在根瘤内分化为类菌体,类菌体将N2转化为不同类型的氨类物质提供给植物,与此同时,植物将光合作用的主要产物蔗糖转化为二羧酸盐（苹果酸盐为主）的碳源形式,为共生固氮及根瘤菌自身发育提供能源与动力。对豆科植物-根瘤菌共生系统中根瘤菌侵染过程、氮的转化与利用、氮碳代谢途径、氮碳互作关系进行综述,又对紫花苜蓿-根瘤菌共生系统中脂肪酸的合成、分解和利用以及脂肪酸能否作为氮代谢的能源进行了探讨,以期为苜蓿与根瘤菌共生系统间的能量信息传递提供理论依据,为提高共生系统固氮效率奠定坚实基础。     

公农5号紫花苜蓿与根瘤菌共生匹配组合的筛选

为了研究紫花苜蓿与不同品种根瘤菌之间的共生匹配性,获得高效根瘤菌用于接种,试验在吉林省大安地区、农安地区和黑龙江地区采集15株苜蓿根瘤菌与公农5号紫花苜蓿进行共生匹配,分别在土壤盆栽及大田试验条件下,测定15株苜蓿根瘤菌与公农5号的各生长效应指标,并进行了固氮性分析。结果表明:HLCC3002菌株与公农5号能很好地共生匹配,从而确定HLCC3002菌株为与公农5号紫花苜蓿相匹配的高效根瘤菌。     

5株植物根际促生菌对紫花苜蓿生长和品质的影响

以前期研究中分离的5株植物根际促生菌(PGPR)为试验材料,采用盆栽试验的方式,将植物根际促生菌制剂接种到紫花苜蓿幼苗的土壤中,测定不同处理下苜蓿株高、茎粗等生长指标以及粗蛋白、粗脂肪和粗纤维等品质指标的变化,研究其对紫花苜蓿(Medicago sativa)生长和品质的影响。结果表明:选用的5株植物根际促生菌均能够有效促进紫花苜蓿生长,改善品质,但不同菌株的促生效果不同。促生菌株处理后,紫花苜蓿的株高、茎粗分别增加了11.2%~75.2%和4.1%~22.2%;粗蛋白、粗脂肪含量分别增加了6.0%~20.1%、3.8%~12.7%,酸性洗涤纤维(ADF)和中性洗涤纤维(NDF)含量分别降低了1.8%~3.8%、1.4%~4.4%。以菌株Gnyt1促生效果最佳,具有进一步开发利用的潜力。