豆科不同作物結(jié)瘤特性

陳璽同，翟羽佳，張靖霄，張玥，蔡若楠，李曉雪，張光祥，韓冬偉，付學鵬

豆科不同作物結(jié)瘤特性

陳璽同1，翟羽佳1，張靖霄1，張玥1，蔡若楠1，李曉雪1，張光祥1，韓冬偉2，付學鵬1

（1. 齊齊哈爾大學 生命科學與農(nóng)林學院，黑龍江 齊齊哈爾 161006；2. 黑龍江省農(nóng)業(yè)科學院齊齊哈爾分院，黑龍江 齊齊哈爾 161006）

以“齊農(nóng)33號”大豆、紅蕓豆、“齊農(nóng)綠1號”綠豆、雙色豆、黑腎豆、雀蛋豆和“澳洲紅玉”豌豆為研究對象，調(diào)查其結(jié)瘤特性．結(jié)果表明，“澳洲紅玉”豌豆在播種后20 d即結(jié)瘤，其它6種作物在30 d后結(jié)瘤．紅蕓豆、黑腎豆、“澳洲紅玉”豌豆的結(jié)瘤多，顯著多于其它4種作物．“齊農(nóng)33號”大豆、“齊農(nóng)綠1號”綠豆和“澳洲紅玉”豌豆的根瘤較大，平均直徑為2.65～2.96 cm，顯著大于其它作物．根瘤的表面顏色以黃色或淡黃色為主，多為球形；而“澳洲紅玉”豌豆的根瘤則為乳白色，長棗狀或其它形狀．根瘤開始形成時多聚集于主根上部，后在主根中部及側(cè)根也有分布．

豆科作物；結(jié)瘤時間；結(jié)瘤數(shù)；結(jié)瘤部位

豆科植物能夠與根瘤菌共生形成根瘤，根瘤菌可以固氮，使作物增產(chǎn)，如大豆施用含根瘤菌、固氮菌的復合菌劑可使大豆增產(chǎn)36.1%[1]，減施50%氮肥并接種根瘤菌能增產(chǎn)7.77%[2]．不僅如此，根瘤菌還在土壤改良和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展等方面發(fā)揮重要作用[3]104．目前，人們對根瘤的形成機理、根瘤菌與豆科植物互作等方面研究得比較深入[4-6]，但是由于根瘤菌和豆科植物的多樣性，以及根瘤菌與不同豆科植物宿主的匹配性不同，根瘤菌在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應用研究還需要更深入[3]103．特別值得注意的是，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上施用根瘤菌劑接種豆科作物時，選擇什么時期接種更有利于作物結(jié)瘤，不同豆科作物結(jié)瘤的數(shù)量、根瘤的大小、根瘤的部位是怎樣的，這些問題的解決將為根瘤菌劑的施用提供理論依據(jù)．本文以“齊農(nóng)33號”大豆、紅蕓豆、“齊農(nóng)綠1號”綠豆、雙色豆、黑腎豆、雀蛋豆和“澳洲紅玉”豌豆為研究對象，探索它們在播種后不同時間（10，20，30，40，50，60 d）根系的根瘤數(shù)量、顏色、大小、結(jié)瘤部位等形態(tài)學特征，以期明確這7種豆科作物的結(jié)瘤特性，為根瘤菌劑的開發(fā)和施用提供理論參考．

1　材料與方法

1.1　實驗材料

“齊農(nóng)33號”大豆、紅蕓豆、“齊農(nóng)綠1號”綠豆（黑龍江省農(nóng)業(yè)科學院齊齊哈爾分院）；雀蛋豆、黑腎豆、雙色豆、“澳洲紅玉”豌豆（京東商城）．

土壤（齊齊哈爾市富拉爾基區(qū)田土，其基本理化性質(zhì)為：有機質(zhì)含量23.23 g/kg，堿解氮含量293 mg/kg，有效磷含量238.58 mg/kg，速效鉀含量93.21 mg/kg，pH7.23，電導率1.31 mS/cm）．土壤過篩（4目），去掉大顆粒土壤和雜質(zhì)，裝盆前充分混合均勻；塑料花盆（10 cm×15 cm）．盆栽實驗在齊齊哈爾大學溫室中完成．

1.2　實驗方法

將7種作物的種子分別播種于每個盛滿土的盆中，每種作物種植18盆，每盆播種7粒．從播種之日算起，每隔10 d取樣觀察根瘤情況，每次每種作物觀察3盆，共觀察6次．在取樣時，為了防止根系被破壞，先用流水沖掉根系上面的土，小心去除根系上附著的草屑等雜質(zhì)，之后用清水清洗數(shù)次，至根系完全清洗干凈，記錄根瘤的數(shù)量、顏色、結(jié)瘤部位等，用游標卡尺（得力DL91150）測量根瘤的直徑（“十字”交叉法）．使用Microsoft Excel 2010對數(shù)據(jù)進行匯總，采用SPSS 16.0（SPSS Inc，USA）軟件對不同處理間的差異顯著性進行one-way ANOVA分析，檢驗水平為≤0.5．

2　結(jié)果與分析

2.1　根瘤數(shù)量

7種豆科作物播種不同時間后結(jié)瘤數(shù)量情況見表1．由表1可見，在7種豆科作物中，“齊農(nóng)33號”大豆、紅蕓豆、“齊農(nóng)綠1號”綠豆、雙色豆、黑腎豆、雀蛋豆6種作物在播種30 d后出現(xiàn)根系結(jié)瘤，并且每種作物都是隨著時間的延長，結(jié)瘤數(shù)量增加．其中“齊農(nóng)33號”大豆、“齊農(nóng)綠1號”綠豆、雙色豆和雀蛋豆結(jié)瘤較少，播種60 d后根系結(jié)瘤數(shù)平均值分別為6，5.6，6.8，3.8個/株．紅蕓豆和黑腎豆結(jié)瘤數(shù)在播種50 d后顯著增加，到60 d時分別達到24.3，59.5個/株．與前6種作物不同的是，“澳洲紅玉”豌豆在播種20 d后觀察到根系結(jié)瘤，從30 d開始，結(jié)瘤數(shù)量開始迅速增加，到60 d時達到58.9個/株．結(jié)果表明，不同豆科作物的結(jié)瘤情況有一些共性，如大部分作物結(jié)瘤大約從播種30 d左右開始，并且隨著時間的延長，結(jié)瘤數(shù)量呈增長的趨勢．非共性的特點為，有些豆科作物結(jié)瘤較早（“澳洲紅玉”豌豆），從大約播種后20 d開始．

表1　7種豆科作物播種不同時間后結(jié)瘤數(shù)量（平均值） 個·株-1

2.2　根瘤大小分析

7種豆科作物播種不同時間后根瘤大小見表2．由表2可見，在開始結(jié)瘤后，根瘤不斷增大．在60 d時，根瘤平均直徑超過2 mm的作物為“齊農(nóng)33號”大豆、“齊農(nóng)綠1號”綠豆、“澳洲紅玉”豌豆；紅蕓豆、雙色豆、黑腎豆、雀蛋豆4種作物的根瘤平均直徑在1～2 mm之間．

表2　7種豆科作物播種不同時間后根瘤大小 mm

注：“-”表示無此項．下同．

2.3　根瘤顏色、形狀及在根系上的分布

7種豆科作物根瘤顏色、形狀及在根系上的分布情況見表3．由表3可見，“澳洲紅玉”豌豆的根瘤為乳白色，其它6種作物的顏色主要以黃色、淡黃色為主．“澳洲紅玉”豌豆的根瘤如長棗狀，其它6種作物的根瘤形狀主要為橢球形和球形．從位置上看，7種豆科作物的根瘤都是先出現(xiàn)在主根的上部，較為集中；隨著時間的延長，主根中部及側(cè)根上也開始長出根瘤，分布較為分散．

表3　7種豆科作物根瘤顏色、形狀及在根系上的分布

3　討論

明確豆科作物結(jié)瘤習性和結(jié)瘤時間可為根瘤菌劑的開發(fā)與施用提供理論參考．豆科作物結(jié)瘤需要時間，有研究表明，花生播種時，播種后6 d接種根瘤菌，花生根系根瘤的數(shù)量要顯著高于第11天接種和未接種根瘤菌的花生[7]．以木麻黃為例，人工接種根瘤菌15 d后，根瘤原基轉(zhuǎn)變?yōu)榍案觯?4 d后形成新根瘤[8]．本文發(fā)現(xiàn)，在自然條件下，“澳洲紅玉”豌豆在播種20 d時就開始結(jié)瘤，其它6種作物在播種后30 d左右才開始結(jié)瘤．“澳洲紅玉”豌豆結(jié)瘤時間比其它6種作物早，可能與其發(fā)芽快、生長快有關．因為在播種后10 d，其它6種作物幼苗剛出土，而“澳洲紅玉”豌豆幼苗已經(jīng)有2～3片以上真葉．前人研究結(jié)果也表明，作物的結(jié)瘤量與生長指標呈顯著相關性[9]9．從同一種作物結(jié)瘤時間看，在調(diào)查的60 d內(nèi)，隨著時間的延長，根瘤數(shù)量越來越多，根瘤越長越大．

根系結(jié)瘤數(shù)量的多少可能和土壤中的根瘤菌種類以及豆科作物種類有關，如高運來[10]等篩選的HH103，HR001，HR002三個根瘤菌菌株對不同基因型大豆的結(jié)瘤具有影響，同樣是大豆“東農(nóng)豆252”，施用這3種根瘤菌30 d后，根瘤數(shù)量分別為58，41，105個/株；并且HH103菌株對野生大豆“ZYD00006”的結(jié)瘤數(shù)僅為8.6個/株，和本文中“齊農(nóng)33號”大豆60 d時根瘤數(shù)相似．除此之外，其它基因型大豆、紫云英都表現(xiàn)出根瘤菌與宿主的特異共生匹配性[11-12]．Zou[13]等已經(jīng)鑒定出大豆結(jié)瘤相關的候選基因，．這些結(jié)果也說明，施用根瘤菌劑可以提高豆科作物的結(jié)瘤，但是匹配不同基因型大豆的根瘤菌是不同的．因此，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，需要分離更多的、匹配不同種類豆科作物的根瘤菌，開發(fā)出適合不同作物的根瘤菌劑．

成熟根瘤的形狀主要依宿主植物品種而異．本文中，“澳洲紅玉”豌豆根瘤的形狀為長棗狀或其它形狀，其它6種作物的形狀主要為橢球形或球形．孫志蓉[9]等研究表明，小葉錦雞兒播種苗的根瘤形狀各異，多為棒狀．根瘤在根系上的分布也有一些共性，本文中，7種作物在生長初期，根瘤主要分布在主根的上部，聚集；隨著生長的進行，在主根中部及側(cè)根上也開始出現(xiàn)根瘤．孫志蓉[9]等研究表明，小葉錦雞兒播種苗隨著生長時間的延長，主根上的根瘤數(shù)量逐漸減少，而側(cè)根上的根瘤數(shù)量則不斷增加，這說明豆科植物結(jié)瘤部位是先主根，后側(cè)根．

7種豆科作物的根瘤大小隨著時間的延長而長大，在播種60 d后，“齊農(nóng)33號”大豆、“齊農(nóng)綠1號”綠豆、“澳洲紅玉”豌豆的根瘤平均直徑都大于2.5 mm，而其它4種作物根瘤平均直徑小于2 mm．“齊農(nóng)33號”大豆和“齊農(nóng)綠1號”綠豆根瘤很少，根瘤大，表現(xiàn)出呈負相關；“澳洲紅玉”豌豆的根瘤較大，并且數(shù)量也多，表現(xiàn)出正相關性；雀蛋豆根瘤很小，數(shù)量也很少，表現(xiàn)出正相關性；黑腎豆根瘤很小，但數(shù)量很多，表現(xiàn)出負相關性．因此，總體看，根瘤的大小與數(shù)量沒有呈現(xiàn)規(guī)律性的相關性變化，根瘤大小可能和作物種類及根瘤菌產(chǎn)赤霉素有關[14-15]．

本文揭示了7種常見豆科作物的結(jié)瘤時間、結(jié)瘤數(shù)量、結(jié)瘤部位、根瘤表面顏色及根瘤大小等特性，研究結(jié)果將對不同豆科作物根瘤菌的分離及根瘤菌在豆科作物上的應用提供理論指導．

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Nodulation characteristics of leguminous different crops

CHEN Xitong1，ZHAI Yujia1，ZHANG Jingxiao1，ZHANG Yue1，CAI Ruonan1，LI Xiaoxue1，ZHANG Guangxiang1，HAN Dongwei2，F(xiàn)U Xuepeng1

（1. School of Life Sciences，Agriculture and Forestry，Qiqihar University，Qiqihar 161006，China；2. Qiqihar Branch Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences，Qiqihar 161006，China）

Qinong 33 soybean，Red kidney bean，Qinonglü 1 mung bean，Bicolor bean，Black kidney bean，Bird egg bean and Aaozhouhongyu pea were taken as the research objects to explore their characteristics of nodulation．The results showed that Aozhouhongyu peas nodulated 20 days after sowing，while the other six crops nodulated 30 days after sowing．Red kidney beans，Black kidney beans and Aozhouhongyu peas have more nodules than the other four crops．Qinong 33 soybean，Qinonglü 1 mung bean and Aozhouhongyu peas have larger root nodules than the other crops，and the average diameter is 2.65～2.96 cm．The surface color of nodule is mainly yellow or light yellow，and mostly spherical．The root nodules of Aozhouhongyu peas are milky white，long jujube shaped or other shapes．Nodules began to form in the upper part of the main root，and later in the middle part of the main root and lateral roots．

leguminous crops；time of nodulation；number of nodulation；site of nodulation

1007-9831（2023）01-0051-04

Q945

A

10.3969/j.issn.1007-9831.2023.01.011

2022-09-15

黑龍江省大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目（S202210232111，x202210232071）

陳璽同（2003-）男，黑龍江哈爾濱人，在讀本科生．E-mail：1506117415@qq.com

付學鵬（1979-），男，山東臨沂人，副教授，博士，從事微生物資源開發(fā)與利用研究．E-mail：02383@qqhru.edu.cn