酸性土壤上花生高效根瘤菌的发现及应用

酸性土壤上花生高效根瘤菌的发现及应用花生(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。因此,分离及应用适应酸性土壤的高效固氮根瘤菌,对提高花生固氮效率及产量,改良酸性土壤具有重要意义。

本研究从福建省三个典型的酸性土壤地点:安溪、福安、尤溪,采集了17个花生品种的根瘤。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、纯化根瘤内生菌。

主要研究结果如下:(1)分离到可培养的花生根瘤内生菌189株,进行分子鉴定,结果显示,分离到的菌主要包含根瘤菌属,慢生型根瘤菌属,芽孢杆菌属,雷夫松氏菌属,微杆菌属,类芽孢杆菌属,葡萄球菌属,单胞菌属等32个细菌属。通过16S V4-V5区段的测序分析发现,其中32株根瘤内生菌属于花生根瘤菌,经过系统发育树分析,27株根瘤菌与Bradyrhizobium SEMIA6396、Bradyrhizobium japonicun MN-139聚在一起,5株根瘤菌与Rhizobium G2312和Rhizobium 5502G 聚在一起。

(2)利用编码固氮酶铁蛋白组分的结构基因nifH和结瘤基因nodA对所得到的32个花生根瘤菌菌株的菌液进行PCR目的片段扩增并鉴定,其中10个分离物存在固氮酶铁蛋白组分的结构基因nifH和结瘤基因nodA。利用16S rDNA进行序列全长测定,并进行系统发育进化树分析。

经16S rDNA全长序列测定,发现8株为慢生型根瘤菌(Bradyrhizobium)和2株为根瘤菌属根瘤菌(Rhizobium)并分别与慢生型根瘤菌Bradyrhizobium

SEMIA6396、Bradyrhizobium japonicun MN-139和根瘤菌根瘤菌Rhizobium sp.strain G2312、Rhizobium miluonense strain5502G聚在一起。(3)利用闽花8号、闽花6号、泉花3号花生材料对所得的32株根瘤菌菌株中的19个菌株进行水培回接验证。

水培回接试验发现,上述存在固氮酶铁蛋白组分的结构基因nifH和结瘤基因nodA的10株根瘤菌均能够与花生共生,形成有效根瘤,证实是具有结瘤固氮的花生根瘤菌。(4)选取4株固氮效率较高,综合表现较好的根瘤菌,利用花生材料闽花8号、泉花3号、冀花26号,在酸性茶园土壤上进行田间应用试验。

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

根部几乎没有根瘤。接种根瘤菌显著提高了花生株高,增加了花生分枝数,提高了叶片SPAD值。

还可以显著改善花生氮营养,磷营养和钾营养,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、产量和氮含量分别呈现极显著差异。

通过利用上述4种根瘤菌的混合根瘤菌剂进行田间试验发现,接种混合菌剂的提升效果比单菌接种的效果更好,产量最高提高一倍以上。综上所述,本研究分离鉴定了一批花生高效根瘤菌。

这些根瘤菌具有较广的寄主适应性,在酸性土壤上能够高效固氮、促进花生生长和提高花生产量,具有重要的应用前景。