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。     

黄腐酸对紫花苜蓿根瘤菌内生定殖及幼苗生长的影响

黄腐酸（Fulvic acid,FA）是一种植物生长调节剂,可促进植物生长。为探索FA对根瘤菌生长、菌株内生定殖及幼苗生长的影响,本试验以3株青色荧光蛋白标记根瘤菌株Rhizobium LH3436f（3436f）、Rhizobium GN5f（gn5f）和Ensifer meliloti 12531f（12531f）为材料,筛选出有利于各标记根瘤菌生长的FA浓度,添加到根瘤菌液中并接种于苜蓿幼苗根系,检测根瘤菌结瘤、苜蓿幼苗生长和菌株内生定殖情况。结果表明：添加适宜浓度FA可显著促进标记根瘤菌侵染根系和在苜蓿体内定殖,12531f根瘤菌添加0.02% FA后接种苜蓿,其在根中的内生定殖数量达到单独接种的11.18倍,差异显著（P<0.05）;根瘤菌添加FA接种可明显促进苜蓿结瘤和生长,效果最佳的是3436f添加0.01% FA接种;根瘤菌添加FA接种也使苜蓿叶绿素含量显著提高,gn5f添加0.02% FA时苜蓿叶片叶绿素含量最高,显著高出WCK 111.41%（P<0.05）。因此,FA可促进根瘤菌在苜蓿幼苗内的定殖,二者可协同促进苜蓿幼苗生长。     

硼对苜蓿根瘤菌(Ensifer meliloti)形态和代谢产物含量的影响

以Ensifer meliloti LZgn5(苜蓿内源根瘤菌)和E.meliloti 12531(苜蓿外源根瘤菌)作为研究对象,研究硼对内源和外源根瘤菌生长、胞外多糖和生长素(IAA)产量、固氮酶活性以及菌体形态结构的影响。试验共设5个处理,未加硼的菌液为对照组、gn5f和gn5o(100mg/L硼处理荧光蛋白标记和非标记E.meliloti LZgn5)以及12531f和12531o(1mg/L硼处理荧光蛋白标记和非标记E.meliloti 12531f)。结果表明,100mg/L硼处理gn5f和gn5o以及1mg/L硼处理12531f和12531o,均可促进相应根瘤菌的生长、胞外多糖及IAA产量,同时可以改变菌体形态及表面结构,但对固氮酶活性无影响。为硼促进内源和外源根瘤菌在紫花苜蓿体内运移、定殖机理研究提供间接依据。     

贮藏方法对紫花苜蓿种子内生根瘤菌定殖的影响

为探索贮藏方法对紫花苜蓿种子内生根瘤菌定殖的影响,将甘农5号紫花苜蓿在结荚期用3种根部接种方法(主根微破损浇灌、根部浇灌、添加苦参碱浇灌)接种两种荧光标记根瘤菌Ensifer meliloti LZgn5f(gn5f)和Ensifer meliloti 12531f(12531f),同时根部浇灌无菌蒸馏水获得的种子,采用信封、信封+布袋、铝箔3种包装材料,分别在25℃、25℃硅胶干燥、-4℃和4℃条件下贮藏6个月后,检测种子内根瘤菌的定殖数量。结果表明:主根微破损接种gn5f获得的种子在-4℃以信封包装贮藏时内生根瘤菌的定殖数量(25.54cfu/粒)显著高于信封+布袋和铝箔的两种包装材料(P0.05),主根微破损接种12531f获得的种子在-4℃以铝箔包装贮藏时内生根瘤菌的定殖数量最高(14.98cfu/粒),但与另外两种包装材料无显著差异(P0.05)。根部浇灌接种gn5f和12531f获得的种子,在25℃干燥贮藏,分别以信封(22.08cfu/粒)和信封+布袋(40.84cfu/粒)包装时内生根瘤菌的定殖数量显著高于其贮藏条件(P0.05),添加苦参碱根部浇灌接种gn5f和12531f获得的种子以铝箔为包装材料,分别在-4℃(25.00cfu/粒)和25℃硅胶干燥(18.08cfu/粒)温度下贮藏种子内生根瘤菌的定殖数量最多,显著高于其他贮藏条件(P0.05)。接种相同目标根瘤菌获得的种子以25℃硅胶干燥和-4℃贮藏时内根瘤菌数量高于25℃和4℃。     

硼处理根瘤菌接种液对紫花苜蓿根、茎、叶中可溶性糖含量的影响

以甘农5号紫花苜蓿(Medicago sativa'G a n n o n g N o.5')为材料,设置未添加硼且未接菌的紫花苜蓿为对照和添加不同硼浓度(0、0.05、1、5、10和100 mg·L?1)的两种根瘤菌菌液(Sinorhizobium meliloti LZgn5f和S.meliloti 12531f)接种紫花苜蓿幼苗根部,研究硼处理根瘤菌接种对不同时期根、茎、叶中可溶性糖含量的影响.结果表明:1 mg·L?1硼处理外源根瘤菌12531f和100 mg·L?1硼处理内源根瘤菌gn5f接种后,不同取样时期苜蓿根和茎中可溶性糖含量均高出对照和单独接菌处理,且可以促进不同时期苜蓿体内可溶性糖向根和茎中运输积累.综上所述,适宜的硼处理两菌株均可促进不同生长时期叶中可溶性糖向根和茎中运输积累,保持根、茎、叶中可溶性糖的动态平衡.     

接种荧光标记根瘤菌对苜蓿幼苗生长的影响

将含有cfp(cyan fluorescent protein)基因质粒的荧光标记根瘤菌S.LZgn5-cfp6、S.LZgn5-cfp16、S.LZgn5-cfp28,S.12531-cfp2、S.12531-cfp13、S.12531-cfp26、S.LH3436-cfp1、S.LH3436-cfp2、S.LH3436-cfp6接种于甘农5号紫花苜蓿,测定苜蓿幼苗生物量、单株结瘤数、固氮酶活性等,结果表明:荧光标记根瘤菌可有效促进植株生长和生物量的积累,有明显促生效果;与出发菌相比,荧光标记根瘤菌未对苜蓿幼苗产生显著的不良影响,能在植物体内稳定表达,具有与出发菌株相近的促生能力。     

硼处理根瘤菌接种液对紫花苜蓿根、茎、叶中可溶性糖含量的影响

以甘农5号紫花苜蓿(Medicago sativa ‘Gannong No.5’)为材料,设置未添加硼且未接菌的紫花苜蓿为对照和添加不同硼浓度(0、0.05、1、5、10和100 mg·L~(-1))的两种根瘤菌菌液(Sinorhizobium meliloti LZgn5f和S. meliloti 12531f)接种紫花苜蓿幼苗根部,研究硼处理根瘤菌接种对不同时期根、茎、叶中可溶性糖含量的影响。结果表明:1 mg·L~(-1)硼处理外源根瘤菌12531f和100 mg·L~(-1)硼处理内源根瘤菌gn5f接种后,不同取样时期苜蓿根和茎中可溶性糖含量均高出对照和单独接菌处理,且可以促进不同时期苜蓿体内可溶性糖向根和茎中运输积累。综上所述,适宜的硼处理两菌株均可促进不同生长时期叶中可溶性糖向根和茎中运输积累,保持根、茎、叶中可溶性糖的动态平衡。     

几种外源物质对内生根瘤菌侵染苜蓿芽苗并在植株体内运移的影响

内生根瘤菌普遍存在于豆科植物的种子及植株体内,但其在苜蓿体内的运移通道、运移规律及运移的影响因素尚不明确。本研究用菌液中分别混合3-吲哚乙酸、LaCl₃和其他根瘤菌的胞外聚合物(EPS)(过滤除去活菌菌体)对‘甘农5号’紫花苜蓿(Medicago sativa ‘Gan Nong 5’)芽苗浸根处理,比较青色荧光蛋白(CFP, cyan fluorescent protein)标记根瘤菌在芽苗体内的运移动态及数量分布,探明内源根瘤菌(分离自宿主植株根瘤)与外源根瘤菌(购自中科院菌种保存中心)在宿主体内的运移差异。结果表明:胞外聚合物使Rhizobium meliloti.GNf (内源标记菌)在芽苗根和茎内的数量为对照(未添加外源物质的菌液处理)的11.43和1.71倍。50 mg·L^-1的LaCl₃使根内R.meliloti GNf和S.meliloti 12531f(外源标记菌)的菌体增加656.83%和303.19%,且使S.12531f在茎内的菌体仅为对照的3.64%。IAA处理使芽苗根内R.GNf和S.12531菌体增加18.34和12.11倍,使茎中S.12531增加163.09%,但R.GNf降低为对照的75.45%。IAA处理能降低芽苗子叶内R.GNf数量至对照的4.13%,表明三种外源物均能增加标记菌在芽苗根系中的数量。无外源物时,标记菌在芽苗各部位的数量差异表明,根瘤菌由根系向茎和子叶的运移通道存在仅允许内源菌通过的选择性屏障。     

LaCl_3、IAA及植物体液对荧光标记根瘤菌生长和增殖的影响

以标记根瘤菌及其原始菌株为试验材料,研究LaCl3、IAA及植物体液对荧光标记根瘤菌生长和增殖的影响。分别将荧光标记根瘤菌Sinorhizobium meliloti.12531f、Rhizobium meililoti.GNf及其原始菌株Sinorhizobium meliloti.12531、Rhizobium meliloti.GN5接种于含50mg/L LaCl3溶液、0.08mg/L IAA溶液及甘农5号苜蓿植株体液的YMA固体及液体培养基中,于22h及46h后测定各培养基上的菌落直径或D600nm值,以此判断植物体液对荧光标记根瘤菌及其原菌株生长和增殖的影响。结果表明,标记根瘤菌及其原始菌株在含几种外源物质的培养基上均能正常生长并增殖,且外源物质对各菌株的生长有不同程度的促进作用。培养22h时,R.GNf、S.12531及R.GN5在含几种外源物质的固体培养基上增殖速度较快,R.GN5在不同物质处理下生长速度最快,为对照的233%～250%;苜蓿植株体液较其他3种物质更能促进菌株的生长和增殖。     

苜蓿与根瘤菌专一性共生及可遗传性共生体选育

根瘤菌(Rhizobium)与豆科植物的共生结瘤固氮效应对提高植物产量和改善品质、减少工业化肥使用、推进农业高质量发展具有重要意义。根瘤菌侵入苜蓿植株后能在植株体内不断繁殖、运移并最终定殖到种子。种子内生根瘤菌可通过种子在代际间垂直续传且保持稳定的共生性状，结瘤固氮能力突出。通过接种将优良根瘤菌株导入其共生性状相向变异强烈的苜蓿植株，构建内生根瘤菌的苜蓿种子共生体，可以培育出与根瘤菌共生的苜蓿新种质或新品种。从苜蓿与根瘤菌共生结瘤固氮效应高效利用的角度出发，基于植物与微生物的共生特性，提出了“共生育种”的概念；介绍了苜蓿与根瘤菌共生育种的理论基础和实施过程，归纳了苜蓿与根瘤菌共生育种的一般性程序，为创制苜蓿与根瘤菌共生体种质和培育新品种奠定基础。     

苜蓿耐药根瘤菌筛选及荧光蛋白标记对根瘤菌耐药性的影响

为明确荧光蛋白标记技术对根瘤菌耐药性的影响,采集6个品种的苜蓿根瘤进行根瘤菌的分离、纯化和初步鉴定,并筛选其中对3种稀土盐抑菌剂La（NO3）3·6H2O,LaCl3和Ce（NO3）3·6H2O以及2种植物源抑菌剂苦参碱和除虫菊素具有耐受性的菌株,得到一株编号为LH3436的根瘤菌,对0.6mg/mL苦参碱具有天然耐受性。将LH3436和对照根瘤菌R.12531以及参比根瘤菌R.GN5进行荧光蛋白标记后,观察其对抑菌剂耐受性的变化。发现各初筛菌株在无氮培养基上的生长状况对非根瘤菌的筛除率最高,所有初筛菌株均为革兰氏染色阴性的快生型产酸菌,全部难以利用柠檬酸盐,而可以利用蔗糖和可溶性淀粉,但对乳糖、葡萄糖和果糖等碳源的利用存在差异性;试验初筛菌株对植物源类抑菌剂的相对耐受性好,而对稀土盐类抑菌剂的相对耐受性差,将筛选根瘤菌进行荧光蛋白标记后,其对抑菌剂的耐受性未发生改变。     

AM真菌与根瘤菌对紫花苜蓿镰刀菌萎蔫和根腐病的影响

通过温室盆栽试验,探究了丛枝菌根(arbuscular mycorrhizal,AM)真菌摩西管柄囊霉与苜蓿中华根瘤菌对紫花苜蓿尖孢镰刀菌萎蔫和根腐病的影响,以期为合理利用两类共生菌,提高苜蓿抗病性提供理论依据。试验共8个处理,分别为接种或不接种AM真菌、根瘤菌和病原菌以及两两组合。与对照相比,AM真菌降低紫花苜蓿萎蔫和根腐病发病率80.13%(P<0.05)。AM真菌和根瘤菌互作促进苜蓿养分吸收、叶绿素合成,互作处理较对照叶绿素含量(soil and plant analyzer development value,SPAD值)提高61.85%,茎叶N含量提高26.5倍、P含量提高54.3倍,紫花苜蓿茎叶干重提高23.4倍(P<0.05)。AM真菌促进了紫花苜蓿根瘤的形成,较对照根瘤数多111.73%;AM真菌与根瘤菌二者互作,进一步促进了紫花苜蓿生长、养分吸收,降低了紫花苜蓿发病率,同时显著影响紫花苜蓿根系相关生化指标。互作处理提高超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)活性41.05%,β-1,3-葡聚糖酶(β-1,3-glucanase)活性33.9%,茉莉酸(jasmonic acid,JA)浓度23.32%,木质素(lignin)16.92%,脱落酸(abscisic acid,ABA)、一氧化氮(nitric oxide,NO)和过氧化氢(hydrogen peroxide,H 2O 2)浓度分别降低26.68%,9.63%和25.26%,丙二醛(malondialdehyde,MDA)含量降低24.57%。综上所述,摩西管柄囊霉与苜蓿中华根瘤菌互作,可有效减轻紫花苜蓿镰刀菌萎蔫和根腐病的发生,二者具有良好的生防潜力。     

不同pH下接种AM真菌和根瘤菌对紫花苜蓿生长的影响

本研究设定4个pH梯度(4.43,5.06,6.43和7.16),设置了接种AMF根内球囊霉(Glomus intraradices)、苜蓿中华根瘤菌(Sinorhizobium medicae)、同时接种AMF和根瘤菌以及不接菌处理分析温室不同pH处理下接种丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)和根瘤菌(rhizobia)对紫花苜蓿(Medicago sativa)生长的影响。结果表明,酸胁迫抑制了紫花苜蓿的生长,使其株高降低了1.27%~10.13%,地上生物量降低了33.33%~55.56%;AM真菌可以缓解酸胁迫,促进紫花苜蓿的生长,与不接种AM真菌相比,株高提高了244.26%~294.17%,地上生物量提高了727.78%~1 737.50%,地下生物量提高了1 120%~2 220%,根长提高了39.85%~102.63%,根冠比提高了5.71%~90.32%;根瘤菌单独接种未显著影响紫花苜蓿生长(P0.05),但与AM真菌混合接种后,可显著促进紫花苜蓿生长(P0.05)。     

无机盐对甘草愈伤组织生长及总黄酮含量的影响

本研究以甘草无菌苗的下胚轴为供试材料,以MS+6-BA 0.5 mg/L+2,4-D 0.5 mg/L+NAA 0.5 mg/L+KT 0.4 mg/L+agar 8 g/L+sugar 30 g/L为基本培养基,利用组织培养技术并结合紫外分光光度法探究了MS培养基中5种不同无机盐浓度及各种成分之间的交互作用对甘草愈伤组织增长量、生理指标及次生代谢产物的影响。结果表明,适量增加KNO₃和MnSO₄·4H₂O的含量有利于甘草愈伤组织生物量的积累;随着MS培养基中CaCl₂·2H₂O浓度的增加,有利于可溶性糖和总黄酮含量的积累;浓度为2533 mg/L KNO₃最有利于提高POD活性;KH₂PO₄浓度在170~226 mg/L范围内,愈伤组织生长量和总黄酮含量显著提高;MS培养基中MgSO₄·7H₂O有利于甘草愈伤组织的生长及总黄酮的合成。而愈伤组织的生长状况与总黄酮的合成是多种无机盐离子之间交互作用的结果,通过正交试验及极差分析得出最优营养元素组合为MgSO₄·7H₂O 493 mg/L+MnSO₄·4H₂O 7 mg/L+KNO₃ 2533 mg/L+KH₂PO₄ 170 mg/L+CaCl₂·2H₂O 733 mg/L。     

根瘤菌、施氮量及频率对苜蓿生长和纤维含量的影响

为探究根瘤菌、施氮量与施肥频率三因素对‘草原3号’杂花苜蓿（Medicago varia Martin.‘Caoyuan No.3’）生长及纤维含量的影响,本研究采用完全随机区组设计,设置有无接种根瘤菌、5种施氮量（600 kg·hm^-2,750 kg·hm^-2,900 kg·hm^-2,1 050 kg·hm^-2,1 200 kg·hm^-2）与3种施肥频率（4次、6次、8次）三因素试验,测定生长速率、地上生物量、纤维素含量等指标。结果表明：接种根瘤菌会促进第三茬苜蓿的生长,而使酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维含量下降。本试验条件下,接种根瘤菌,施氮量为900 kg·hm^-2,施肥频率为6次时,地上生物量最大。