紫花苜蓿与不同生活型多年生禾本科牧草混播生长生理特征

本研究通过测定紫花苜蓿分别与3种生活型禾草混播草地牧草生产力和生理指标对混播成分和比例的响应,为建植可持续高产的混播草地提供理论依据。结果显示：混播紫花苜蓿和苇状羊茅MDA含量减小,抗逆能力和光合能力增强;建植初期混播草地早熟禾MDA含量大于单播,抗逆生理和光合生理指标在豆禾比为7∶3时小于单播,5∶5和3∶7时大于单播;混播无芒雀麦MDA含量大于单播,抗氧化指标在豆禾比为7∶3时小于单播,5∶5和3∶7时大于单播,渗透调节物质含量和光合生理指标大于单播,说明紫花苜蓿与苇状羊茅混播时二者生理协同效应较好,建植初期豆禾比为7∶3时紫花苜蓿对草地早熟禾和无芒雀麦有种间竞争胁迫,适当下调紫花苜蓿比例有利于草地早熟禾和无芒雀麦生长。隶属函数评价结果显示紫花苜蓿与丛生型苇状羊茅3∶7混播时两种牧草生理表现最好,增产率和产量最高。     

紫花苜蓿种子内生根瘤菌定位及灭菌方法研究

为探寻苜蓿种子内生根瘤菌的有效灭菌方法,试验以‘甘农9号’紫花苜蓿(Medicago sativa ‘Gannong No.9’)种子为材料,设置DF(碘伏浸泡6min),DS(碘伏浸泡5min→无菌水冲洗→ST液-0.9%无菌氯化钠溶液和0.5%吐温80浸1min),SH3(3%次氯酸钠浸泡6min)和SH10(10%次氯酸钠浸泡6min)4种灭菌方法,分别以完整种子、去皮种子、种皮、子叶、胚、子叶+胚、子叶-胚连接处、幼苗为研究材料,以无菌水浸泡相应时间处理为对照,分析4种灭菌方法对供试材料内生根瘤菌的灭菌情况以及对种子萌发能力及幼苗生长的影响。结果表明：内生根瘤菌主要分布于紫花苜蓿种子的子叶+胚(52.7个·粒^-1)中,种皮有少量分布(16个·粒^-1),而在子叶+胚组织中内生根瘤菌主要分布于子叶-胚连接处(38.33个·粒^-1),其余分布数量依次为子叶(9.67个·粒^-1)、胚(4.17个·粒^-1);DS处理可对种子完全灭菌,且DS处理下完整种子的发芽率、发芽势、发芽指数、胚芽长、胚根长和幼苗长与CK差异不显著。综上,子叶-胚连接处是紫花苜蓿种子内生根瘤菌的主要存在部位,DS处理是紫花苜蓿种子内生根瘤菌的最佳灭菌方法。     

干旱区微生物肥料替代部分化肥对玉米生长及土壤微生物的影响

通过在甘肃河西绿洲灌区大田试验,利用微生物肥料替代部分化肥,研究其对玉米生长及土壤微生物的影响。结果表明:和对照相比(不施肥),85%化肥+菌肥显著提高玉米在收获期的农艺性状和产量构成,使株高、地上生物量、百粒重、穗重分别达到358.32cm、1019.63g、39.68g、369.50g;使玉米的经济产量提高21.6%;使土壤微生物生物量碳、氮含量分别提高了40%、18.5%;同时该处理显著提高了土壤中细菌和放线菌数量,分别达到2.6×10~6cfu/g和1.4×10~6cfu/g。微生物肥料替代15%化肥对玉米的生长及土壤影响与当地最佳施肥水平无显著差异,即利用微生物肥料替代15%部分化肥是可行的,同时可以改善土壤微生物环境。     

基于主成分-聚类分析评价不同轮作模式对土壤肥力的影响

为探明我国西北半干旱区"粮经饲"不同轮作模式的土壤肥力效应,于2017年在宁夏自治区固原市原州区设置玉米-豌豆(C-Pe)、玉米-玉米(C-C)、2龄苜蓿(2A)、高粱-马铃薯(B-Po)、燕麦-玉米(O-C)、马铃薯-燕麦(Po-O)、豌豆-高粱(Pe-B)7种轮作处理模式,研究了不同粮草轮作模式土壤养分、酶活性及可培养微生物群落特征,并进行土壤肥力综合评价。结果表明:(1)不同轮作处理模式对土壤养分影响显著,与其他轮作模式相比,2A模式更有利于土壤养分的累积,而C-C模式增加了对养分的消耗,C-Pe和Po-O模式的有机质、全氮、速效氮、速效磷和速效钾含量高于B-Po和O-C模式,轮作处理对全钾含量影响较小。(2)不同轮作处理模式对土壤酶活性影响显著,2A模式较其他轮作模式显著增加了土壤脲酶和蔗糖酶活性(P<0.05),C-C模式土壤酶活性最低。O-C和Pe-B模式的蔗糖酶、脲酶和碱性磷酸酶活性高于B-Po模式。(3)不同轮作处理模式对土壤可培养微生物数量影响显著,且各轮作模式下土壤微生物数量以细菌占绝对优势,放线菌次之,真菌数量最少,并有明显的土层垂直分布规律,与其他轮作模式相比,2A、C-C和B-Po模式的细菌数量和微生物总数量显著下降(P<0.05),真菌数量显著增加(P<0.05),O-C模式的细菌数量和微生物总数量明显增加,真菌数量降低。(4)运用主成分分析-数值聚类方法对不同轮作模式下土壤养分、土壤酶活性、土壤微生物数量的15个指标进行土壤肥力综合评价,主成分分析提取的2个主成分累计贡献率达89.38%,第1主成分以土壤有机质、全氮、速效氮、全磷、速效磷、速效钾、蔗糖酶、脲酶和碱性磷酸酶贡献最大,达63.56%,第2主成分以细菌数量、真菌数量和微生物总数贡献最大,达25.82%,且各轮作模式在2个主成分上的综合得分排名为2A>Pe-B>C-Pe>O-C>Po-O>B-Po>C-C。再以2个主成分得分进行聚类,将7个模式共分为3类,第1类(2A)土壤综合肥力最好;第2类(Pe-B、O-C、C-Pe、Po-O、B-Po)土壤综合肥力较好;第3类(C-C)土壤综合肥力较差。研究结果为当地耕作方式改良提供理论依据和实践指导。     

紫花苜蓿根瘤菌分子分型和生物型划分研究

根据表型和共生效应,对种内根瘤菌划分生物型,为苜蓿与根瘤菌高效共生育种提供理论依据。以分离自甘肃省3个栽培区域5个苜蓿品种植株不同部位的根瘤菌株为材料,进行16SrRNA测序、多位点序列分型(Multilocus Sequence Typing,MLST)、表型数值分类和共生效应测定。结果表明,78株初筛菌经16SrRNA和MLST分析有20株属于Rhizobium radiobacter;表型特征数值分类将其聚为7个群。接种5个苜蓿品种,选择对共生效率贡献率最大的地上干重进行多重比较。当接种处理地上干重显著高于未接种处理CK时标记共生效应为A,与CK差异不显著时标记为B,显著低于CK时标记为C。以苜蓿品种为甘农3号、甘农9号、陇中、清水和WL168HQ的顺序,将各菌株共生效应结合,形成6种共生模式。结合表型和共生模式,20株R.radiobacter被划分为14种生物型,WL168HQ、甘农3号和陇中苜蓿品种内生物型多样性丰富,甘农9号和清水苜蓿品种内生物型单一。综上所述,根据表型特征和共生模型可以进行种内根瘤菌株的生物型划分,苜蓿品种内根瘤菌生物型多样性丰富。     

硼对根瘤菌在紫花苜蓿体内运移和定殖及对幼苗生长的影响

通过向青色荧光蛋白(CFP)标记的两种根瘤菌菌液Ensifer meliloti LZgn5f (gn5f) 和Ensifer meliloti 12531f (12531f)内添加不同浓度硼并接种于苜蓿幼苗根部,研究硼对荧光标记根瘤菌在甘农5号紫花苜蓿幼苗体内运移和定殖的动态变化及接种对苜蓿幼苗生长的影响。结果表明,添加1 mg/L硼较利于12531f生长, 100 mg/L硼较利于gn5f生长。添加适宜浓度硼对苜蓿幼苗体内荧光标记根瘤菌运移和定殖具有促进作用,两种荧光标记根瘤菌在根部定殖数量较多,其中添加100 mg/L硼15 d时根部12531f数量最高,达2184.99 cfu/g,添加0.5 mg/L硼60 d时gn5f数量最高,达58307.11 cfu/g;同时可向地上运移,主要运移并定殖于下部茎叶内,1 mg/L硼利于12531f在下部茎叶内定殖,100 mg/L硼利于gn5f在下部茎内定殖。对照各部位未检测到两种荧光标记根瘤菌。添加硼处理的单株结瘤数、单株根瘤重、单株叶片数、株高、根长、地上鲜重、地上干重、根鲜重和根干重均高出对照和单独接菌处理,1 mg/L硼+12531f处理高出对照和单独接菌处理,范围在21.31%~909.28%之间;100 mg/L硼+gn5f处理高出对照和单独接菌处理,范围在15.07%~1424.24%之间;虽然单独接种12531f抑制了叶绿素的形成,但添加1 mg/L硼后其含量则升高,分别显著高出对照和单独接菌处理18.31%和36.86%(P<0.05),而接种gn5f则促进了叶绿素的合成,添加100 mg/L硼后含量分别显著高出对照和单独接种处理24.41%和12.92%(P<0.05)。因此,1 mg/L硼与12531f混合接种,100 mg/L硼与gn5f混合接种对根瘤菌在苜蓿幼苗体内运移和定殖及对幼苗的生长具有促进作用,为苜蓿种植提供了依据。     

赤霉素对根瘤菌运移、定殖及苜蓿幼苗生长的影响

【目的】研究赤霉素对荧光标记根瘤菌运移和定殖的动态及接种对甘农5号紫花苜蓿(Medicago sativa L.Gannong No.5)幼苗生长的影响,为增强根瘤菌向苜蓿体内尤其向繁殖器官转移并定殖的能力,促进苜蓿种植业发展提供理论依据和技术支持。【方法】分别向Ensifer meliloti LZgn5f(gn5f)和Ensifer meliloti 12531f(12531f)两种根瘤菌液内添加0.5、1、10和100 mg·L~(-1)赤霉素,测定第1、3、5、7和9天两种根瘤菌OD600吸光度值,同时将添加不同赤霉素的菌液分别浇灌于幼苗根部,于接种后第15、30、45和60天检测根瘤菌在根和地上各组织内运移和定殖及对苜蓿幼苗生长的情况。【结果】添加10 mg·L~(-1)赤霉素稍可促进12531f生长,但效果并不明显;而1 mg·L~(-1)赤霉素对gn5f生长初期效果较好,但随着时间的延长则无明显作用。10 mg·L~(-1)赤霉素促进12531f运移并定殖到下部茎、上部茎和上部叶内,1 mg·L~(-1)赤霉素促进gn5f运移并定殖到下部茎和下部叶内,以无菌水为对照的各组织内未检测到两种荧光标记根瘤菌。单独接种12531f和gn5f,均促进了叶绿素的形成,而添加赤霉素后接种均抑制了叶绿素的形成,但12531f添加10 mg·L~(-1)赤霉素、gn5f添加1 mg·L~(-1)赤霉素接种可使幼苗单株结瘤数、单株根瘤重、单株叶片数、株高、根长、地上干重和根干重则均达最高。其中12531f添加10 mg·L~(-1)赤霉素接种后苜蓿单株结瘤数分别高出对照和单独接菌处理75.71%和11.82%,但差异不显著(P0.05);单株根瘤重分别高出对照和单独接菌处理1 136.11%和55.05%,差异显著(P0.05);单株叶片数分别高出对照和单独接菌处理113.94%和78.28%,差异显著(P0.05);株高分别高出对照和单独接菌处理83.33%和50.24%,差异显著(P0.05);根长分别高出对照和单独接菌处理115.28%和29.17%,差异显著(P0.05);地上干重分别高出对照和单独接菌处理214.27%和206.43%,差异显著(P0.05);根干重分别高出对照和单独接菌处理1 156.19%和1 049.53%,差异显著(P0.05)。gn5f添加1 mg·L~(-1)赤霉素接种后苜蓿单株结瘤数分别高出对照和单独接菌处理82.86%和4.07%,但差异不显著(P0.05);单株根瘤重分别高出对照和单独接菌处理697.22%和105.00%,差异显著(P0.05);单株叶片数分别高出对照和单独接菌处理32.12%和19.13%,株高分别高出对照和单独接菌处理95.24%和37.82%,根长分别高出对照和单独接菌处理76.39%和5.83%,但各处理间均无显著差异(P0.05);地上干重分别高出对照和单独接菌处理125.98%和121.80%,差异显著(P0.05);根干重分别高出对照和单独接菌处理864.43%和762.21%,差异显著(P0.05)。【结论】分别添加10 mg·L~(-1)和1 mg·L~(-1)赤霉素后利于12531f和gn5f在苜蓿体内的运移和定殖并对结瘤、叶片生长、株高、根长、生物量均有促进作用,表明适宜赤霉素浓度可作为促进目标根瘤菌运移和定殖的方法,进而促进植株生长。     

高寒阴湿区6个抗寒紫花苜蓿种质氨基酸积累量分析

为了评价6个抗寒紫花苜蓿种质(GNKH-1、2和3、俄罗斯西伯利亚杂花苜蓿、金皇后紫花苜蓿和阿尔冈金紫花苜蓿)的种质,在青藏高原高寒阴湿区进行了播种当年的评比试验,并对地上部分叶和茎中的氨基酸含量进行分析。结果表明:氨基酸总量(T)在GNKH-2叶最高(23.86%),在俄罗斯西伯利亚杂花茎中最高(12.13%);必需氨基酸(E)在金皇后叶(8.55%)和茎(4.27%)中最高。供试苜蓿叶蛋白种质从高到低排序为:金皇后>GNKH-1>GNKH-3>GNKH-2>阿尔冈金>俄罗斯西伯利亚杂花;苜蓿茎蛋白品质从高到低排序为:金皇后>GNKH-1>GNKH-2>GNKH-3>俄罗斯西伯利亚杂花>阿尔冈金。综合分析表明,抗寒苜蓿材料中GNKH-1叶和茎蛋白质价值均最高;GNKH-3是抗寒苜蓿材料中氨基酸评分相对最高的,叶部氨基酸评分(AAS)为32.74,茎部为15.94,均高于其他供试苜蓿品系;阿尔冈金和GNKH-1叶部EAAI值最高,分别为1.2860和1.2847;GNKH-2(1.2872)仅次于俄罗斯西伯利亚杂花和阿尔冈金茎部的EAAI值(1.2881,1.2876)。     

磷酸二氢钾对苜蓿幼苗体内根瘤菌运移及定殖的影响

试验以WL343HQ紫花苜蓿(Medicago sativacv.WL343HQ)及3株青色荧光蛋白(CFP)标记根瘤菌株Rzhizobium LH3436f(3436f)、Ensifermeliloti 12531f(12531f)和Rzhizobium GN5f(gn5f)为材料,添加不同浓度磷酸二氢钾(KH2PO4)于3株标记根瘤菌菌液内,分别筛选出3个有利于各标记根瘤菌生长的KH2PO4浓度,并分别将选定浓度的KH2PO4与相应的标记根瘤菌组合接种于苜蓿幼苗根部。检测根瘤菌侵入根系后在苜蓿幼苗体内运移及定殖的动态变化和对苜蓿幼苗生长的影响,探讨KH2PO4促进根瘤菌运移和定殖的适宜浓度及根瘤菌运移和定殖的效果。结果表明:50mg/L KH2PO4促使3436f长期稳定的大量定殖于苜蓿根系,定殖数量最高达到27075.12cfu/g,显著高于其他处理(P0.05),并快速运移至上部茎和上部叶中,数量分别为19.20cfu/g、9.94cfu/g;50mg/L KH2PO4促使12531f大量定殖于根系,也可运移至上部茎,数量为53.45cfu/g;200mg/L KH2PO4促使gn5f稳定定殖于根系和茎内,接种45d时下部茎内仍有定殖,数量为33.29cfu/g。添加KH2PO4接种可明显提高苜蓿单株结瘤数和单株根瘤重,增加苜蓿叶片数、株高、根长、地上鲜重和根鲜重,显著促进了标记根瘤菌侵染根系并进入苜蓿体内运移和定殖。结合苜蓿体内根瘤菌运移和定殖以及苜蓿生长各指标优化状况,筛选出标记根瘤菌株与KH2PO4的优良组合为3436f+50 mg/L KH2PO4,12531f+50 mg/L KH2PO4和gn5f+200mg/L KH2PO4,为苜蓿接种目标根瘤菌并促使其在体内运移和定殖至种子,构建目标根瘤菌与苜蓿良种种子共生体奠定基础。     

3株紫花苜蓿内生根瘤菌功能差异性分析

以3株紫花苜蓿(Medicago sativa)内生根瘤菌株(LP3、WLP2和WLG1)为材料,进行抗逆和促生能力研究,并采用试管砂培法对WL168HQ苜蓿(M.sativacv.WL168HQ)进行接种试验,以不含根瘤菌的培养液为对照,分析菌株的共生固氮能力。结果表明,菌株WLP2能耐受除红霉素和庆大霉素外的所有抗生素≥300μg·mL~(-1);能在6%NaCl、pH 5~11和温度8~40℃的环境下生长,对盐、pH和温度的适应范围广;能溶解有机磷和无机磷,分泌IAA能力强。菌株WLG1接种,单株结瘤数、地上干重和地下干重显著高于对照处理(P0.05),分别比对照增加了208.16%、72.35%和122.33%;单株有效根瘤重、根长和单株叶片数明显高于对照处理,分别比对照高了6.68%、9.57%和53.59%。综上所述,菌株WLP2对抗生素、盐、pH和温度的抗性以及促生能力较强,菌株WLG1对WL168HQ苜蓿接种效果最佳,共生固氮能力强。