紅小豆根瘤菌結(jié)瘤數(shù)與農(nóng)藝性狀之間的相關(guān)性分析研究

王彩萍等

摘 要：為了探索紅小豆根瘤菌在大田中的結(jié)瘤數(shù)特性，發(fā)現(xiàn)不同生態(tài)類型紅小豆根瘤菌結(jié)瘤數(shù)之間的差異，研究以65份不同生態(tài)類型的紅小豆種質(zhì)資源材料為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)其農(nóng)藝性狀及根瘤菌結(jié)瘤數(shù)大田采集，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)分析，結(jié)果表明在不同性狀的紅小豆之間結(jié)瘤數(shù)表現(xiàn)出較大的差異，匍匐類型紅小豆結(jié)瘤數(shù)均值高出直立類型23.97；極差高出值為32.3。通過(guò)各性狀之間相關(guān)性分析結(jié)果顯示：結(jié)瘤數(shù)和紅小豆的株高、主莖分枝、單株結(jié)莢數(shù)，單株莢粒數(shù)表現(xiàn)出極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.663325、0.410746、0.438036、0.283786；和主莖節(jié)數(shù)表現(xiàn)顯著正相關(guān)相關(guān)系數(shù)為0.137257；與單莢長(zhǎng)、百粒重表現(xiàn)負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.08542、-0.3913和百粒重相關(guān)達(dá)極顯著水平。通過(guò)試驗(yàn)研究得出由于不同生態(tài)類型的紅小豆根瘤菌結(jié)瘤數(shù)存在的差異，育種工作者可以利用這些差異達(dá)到創(chuàng)新種質(zhì)的目的。

關(guān)鍵詞：紅小豆；根瘤菌；結(jié)瘤數(shù)；農(nóng)藝性狀；相關(guān)性

中圖分類號(hào)：S-3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 論文編號(hào)：cjas14120025

Abstract： The study aims to explore the nodule number characteristics of adzuki bean with rhizobium in field condition， and find the difference from nodule numbers of nodule bacteria in adzuki beans. The author used 65 sets red adzuki beans as the research objects， obtained data in field and conducted the analysis by computer. The results showed that different traits of adzuki beans nodule number had great differences， the mean nodule number of creeping type red adzuki beans was higher than that of the upright type by 23.97； range overtopping value was 32.3. Traits correlation analysis showed that the number of adzuki bean nodulation had extremely and significantly positive correlation with plant height， branch numbers of main stem， number of pods per plant and grains per plant， the correlation coefficient were 0.663325， 0.410746， 0.438036 and 0.283786， respectively； the number of adzuki bean nodulation had a significantly positive correlation with the node number and the correlation coefficient was 0.137257； the number of adzuki bean nodulation had a negative correlation with the single pod length and 100 grain and the correlation coefficients were -0.08542 and -0.3913， respectively， and the correlation with 100 grain weight reached extremely significant level. In conclusion， different ecological types of adzuki bean had different nodulation number， these differences could be used to achieve the purpose of germplasm innovation.

Key words： Adzuki Bean； Nodule Bacteria； Nodule Numbers； Agronomic Traits； Correlation

0 引言

根瘤菌是普遍存在于豆科作物根部和豆科作物共生的一種能促使植物異常增生的一類革蘭氏染色陰性需氧桿菌。根瘤菌與豆科植物這個(gè)共生固氮體系是已知固氮能力最強(qiáng)的生物固氮體系之一，每年固氮量占全球生物固氮量的65%以上[1]。據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織（FAO）1995年粗略估計(jì)，全球每年由生物固定的氮量已近2×106 t（相當(dāng)于4×108 t尿素），約占全球植物需氮量的3/4[2]。中國(guó)農(nóng)民利用豆科植物固氮肥田歷史悠長(zhǎng)，直至現(xiàn)在仍保留著豆科植物和非豆科植物輪作、套作和間作等耕作制度[3]。中國(guó)根瘤菌研究水平最高的是陳文新院士，她從20世紀(jì)50年代末開(kāi)始致力于根瘤菌研究，奠定了中國(guó)根瘤菌研究的基礎(chǔ)。目前國(guó)內(nèi)根瘤菌研究不同豆科作物中都有開(kāi)展，如木本豆科，綠豆，大豆，花生，牧草等[4-6]，也有利用根瘤菌間的抗性差異研究其在環(huán)境污染中的修復(fù)作用[7-8]。根瘤菌研究利用越來(lái)越受到重視，其獨(dú)特的功能隨著研究深入將進(jìn)一步被開(kāi)發(fā)利用。

小豆是豆科作物的一種，中國(guó)已有2000多年的栽培歷史，小豆富含淀粉、蛋白質(zhì)等成分，具有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和藥用價(jià)值[9-11]。和其他豆科作物一樣，小豆具有和根瘤菌的共生而固定空氣中游離氮的作用，由于小豆研究人員的匱乏，中國(guó)小豆根瘤菌的研究很少，不像大豆花生其他豆科牧草深入[12-13]，馬玉珍等[14]在小豆上進(jìn)行過(guò)分離、純化、回接原寄主研究及不同來(lái)源的菌株結(jié)瘤和固氮酶活性檢測(cè)。吳寶美等[15]利用不同小豆品種接種不同根瘤菌的結(jié)瘤反應(yīng)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)激流反應(yīng)小豆品種不同又差異，可能受檢索資料的范圍的限制，目前尚未檢索到其他和紅小豆根瘤固氮菌的資料，為發(fā)現(xiàn)紅小豆根瘤菌的結(jié)瘤特性，以及大田中自然環(huán)境下根瘤菌和不同生態(tài)類型紅小豆之間的關(guān)系，筆者對(duì)65份紅小豆種質(zhì)材料根瘤菌結(jié)瘤數(shù)進(jìn)行研究，以期為紅小豆育種和根瘤菌固氮研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 植物材料

山西省農(nóng)科院經(jīng)濟(jì)作物研究所雜糧課題組小豆資源65份試驗(yàn)材料， 其中株型匍匐、半匍匐的小豆資源24份，直立型的資源41份。2014年5月19日種植于山西省農(nóng)科院經(jīng)濟(jì)作物研究所食用豆試驗(yàn)地。前茬作物為綠豆。

1.2 方法

1.2.1 播種及管理方法 露地直播，試驗(yàn)地秋季深耕曬垡，播前底施農(nóng)家肥22500 kg/hm2，復(fù)合肥750 kg/hm2，春季提前整地，有降雨時(shí)及時(shí)搶墑播種。耬開(kāi)溝，手溜籽，小區(qū)寬2 m，長(zhǎng)20 m，小區(qū)由東往西排列，以保證所取植株肥力，地力在同一水平。行距50 cm，株距15 cm，南北行向。3葉期間苗，4葉期定苗，中耕除草2次，全生育期內(nèi)無(wú)補(bǔ)水補(bǔ)肥。

1.2.2 取樣方法 小豆成熟后期在試驗(yàn)田中隨機(jī)取樣，每個(gè)樣點(diǎn)長(zhǎng)33 cm，寬33 cm，深20 cm，3次重復(fù)，以根瘤直徑大于10 mm以上為有效根瘤，田間計(jì)根瘤菌結(jié)瘤數(shù)。

1.3 試驗(yàn)地環(huán)境情況

1.3.1 試驗(yàn)地概況 試驗(yàn)地為山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所的試驗(yàn)地，前茬作物綠豆，土質(zhì)為沙壤土。地力狀況中等，土壤有機(jī)質(zhì)偏低，pH偏堿性。

1.3.2 當(dāng)?shù)貧夂驙顩r 試驗(yàn)地所在地區(qū)屬于典型的大陸季風(fēng)氣候。具有四季分明、雨熱同步、光照充足的特點(diǎn)。春季干旱，風(fēng)多雨少；夏季炎熱，雨量集中在7、8、9月，約占到全年降雨量的90%以上。

1.4 試驗(yàn)儀器

Y802A型8籃恒溫烘箱，40℃的恒溫烘干48 h，KF6102型電子天平稱重，直尺測(cè)長(zhǎng)。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)利用Excel2007進(jìn)行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 紅小豆資源的統(tǒng)計(jì)參數(shù)分析

植株匍匐型紅小豆特點(diǎn)是株型匍匐，植株碩大，主莖無(wú)限生長(zhǎng)，分枝無(wú)限生長(zhǎng)，生育期較長(zhǎng)，根系龐大，側(cè)根發(fā)達(dá)根毛多。主根和肥大側(cè)根結(jié)瘤體機(jī)加大數(shù)量有限，在遠(yuǎn)端毛根處結(jié)瘤總體數(shù)量較多體積小。

從表1數(shù)據(jù)顯示，變異系數(shù)分別是根瘤菌結(jié)瘤數(shù)>單株莢數(shù)>主莖分枝>株高>主莖節(jié)數(shù)>百粒重>單莢粒數(shù)>單莢長(zhǎng)。這說(shuō)明在匍匐狀生態(tài)類型中紅小豆主要性狀的和來(lái)源地域、不同品種之間差異存在較大的變幅，根瘤菌結(jié)瘤數(shù)在不同品種資源間的變異幅度最大。根瘤菌結(jié)瘤數(shù)在不同的品種資源間活躍程度不同。

從極差這個(gè)變異指數(shù)可以看到單株莢數(shù)>株高>根瘤菌結(jié)瘤數(shù)>主莖節(jié)數(shù)>主莖分枝>百粒重>單莢粒數(shù)>單莢長(zhǎng)。從極差數(shù)可以看到匍匐狀的紅小豆的根瘤菌結(jié)瘤數(shù)變幅小點(diǎn)，大致可以推斷在同一地塊同一管理水平條件下品種之間根瘤菌結(jié)瘤數(shù)可能和品種特性有關(guān)外，和根部得發(fā)育狀況、根部地下微環(huán)境事造成差異的主要原因。

植株直立特性紅小豆特點(diǎn)是株型直立，主莖、分枝有限生長(zhǎng)，生育期較短，側(cè)根發(fā)達(dá)，主側(cè)根差異小，根系分布較淺，根毛較少，根瘤分布特點(diǎn)是散狀分布在主、側(cè)根上。這種根系由于分布較淺很容易受干旱氣象條件影響。

表2數(shù)據(jù)顯示，直立型的紅小豆8個(gè)形狀的變異度表現(xiàn)為：根瘤菌結(jié)瘤數(shù)>單株莢數(shù)>主莖分枝>主莖節(jié)數(shù)>百粒重>株高>單莢長(zhǎng)>單莢粒數(shù)。其中根瘤菌結(jié)瘤數(shù)仍是最活躍的一個(gè)性狀，原因大致也和匍匐性狀的紅小豆資源相似。直立型和匍匐型紅小豆資源的株高、單莢粒數(shù)變異系數(shù)有所不同，兩者在變異系數(shù)在排列上均有靠后的變化?？赡茉蚴侵绷⑿偷闹旮咦儺惛鼉A向于品種遺傳，有限生長(zhǎng)習(xí)性大于環(huán)境的作用。單莢粒數(shù)和單莢長(zhǎng)在2種生態(tài)類型中的變異系數(shù)均處于后兩位，這2個(gè)性狀可能更體現(xiàn)品種的質(zhì)量性狀，變異系數(shù)小也證實(shí)了這一特點(diǎn)。

從極差這個(gè)指數(shù)看，極差的變異指數(shù)是單株莢數(shù)>株高>根瘤菌結(jié)瘤數(shù)>主莖節(jié)數(shù)>百粒重>主莖分枝>單莢長(zhǎng)>單莢粒數(shù)。前4項(xiàng)匍匐型和直立型的生態(tài)類型中表現(xiàn)一致。根瘤菌結(jié)瘤數(shù)平均極差為20，變幅低于匍匐型的紅小豆，但是從原始數(shù)據(jù)看，直立型的紅小豆根瘤菌結(jié)瘤數(shù)是在低水平上波動(dòng)，直立型的紅小豆資源根瘤菌結(jié)瘤數(shù)均值遠(yuǎn)低于匍匐型類型，但是總體上看在2種生態(tài)類型的紅小豆資源中根瘤菌結(jié)瘤數(shù)差異趨向是一致的。

從育種的角度看差異的存在是培育新后代的基礎(chǔ)，這65份種質(zhì)資源在紅小豆結(jié)瘤數(shù)上存在較大的差異，這為將來(lái)創(chuàng)造根瘤菌豐富的紅小豆新品種提供了可能。

2.2 紅小豆資源性狀與根瘤菌結(jié)瘤數(shù)相關(guān)性分析

利用紅小豆采集到數(shù)據(jù)經(jīng)相關(guān)性分析可以看到（見(jiàn)表3），根瘤菌結(jié)瘤數(shù)和株高，主莖分枝，單株莢數(shù)，單莢粒數(shù)呈極顯著正相關(guān)，和單莢長(zhǎng)，和百粒重呈極顯著負(fù)相關(guān)，和主莖技術(shù)成顯著正相關(guān)，和單莢長(zhǎng)呈負(fù)相關(guān)?？梢?jiàn)根瘤菌的結(jié)瘤數(shù)和紅小豆的農(nóng)藝性狀關(guān)系密切，在生產(chǎn)中為培肥地力增加根瘤菌的固氮數(shù)量可種植株形高大，分枝數(shù)多，主莖分枝多，單株莢數(shù)多，莢粒數(shù)多，莢長(zhǎng)較短，百粒重較小的品種。

3 結(jié)論與討論

本研究用65份紅小豆植物材料，在大田自然生態(tài)環(huán)境下對(duì)根瘤菌結(jié)瘤數(shù)開(kāi)展的研究，基于研究目的的不同，本研究側(cè)重于不同資源之間根瘤菌結(jié)瘤數(shù)差異的研究，目的是篩選差異，發(fā)現(xiàn)優(yōu)異材料為創(chuàng)造新品種提供依據(jù)。

本研究結(jié)果表明，紅小豆根瘤菌結(jié)瘤數(shù)確實(shí)存在差異，為以育種手段達(dá)到改良紅小豆根瘤菌數(shù)量的為目的的研究提供了可能。在資源中篩選差異較大的種質(zhì)資源，通過(guò)不同的技術(shù)手段創(chuàng)造中間型材料，然后才能篩選符合目標(biāo)要求的品種，篩選差異和利用差異是選育新品種的前提條件。

土壤條件也是制約根瘤菌發(fā)育的重要因素，良好的土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，合適的水利條件也可以促進(jìn)根瘤菌的發(fā)育。前人有通過(guò)人工接菌的方法，來(lái)研究不同小豆根瘤菌的結(jié)瘤數(shù)的差異[15]。同時(shí)也有對(duì)紅小豆根瘤菌的宿主專一性[3，16]也有不同的看法。筆者從根瘤菌結(jié)瘤數(shù)和品種及農(nóng)藝性狀之間的差異入手，簡(jiǎn)單的分析了其相關(guān)性，受資源數(shù)量和土壤環(huán)境的限制，研究結(jié)果有一定的局限性，隨著研究的逐步深入，紅小豆根瘤菌的結(jié)菌規(guī)律會(huì)將逐漸被發(fā)現(xiàn)，然后造福人類。

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