紫花苜蓿品质提升的生物固氮调控过程研究

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我国苜蓿品质较国外苜蓿相比低2-3等级,难以满足畜牧业对优质牧草的需求。氮素营养供应是苜蓿品质提升的关键,氮素营养来源包括生物固氮和施用氮肥。其中,生物固氮对减少化学肥料的污染和提高苜蓿品质具有更高的应用价值和经济效益。生物固氮效率会因寄主植物、根瘤菌和丛枝菌根真菌(Arbuscular mycorrhiza Fungi,AMF)三者之间的匹配度而发生变化。因此,为了探究我国苜蓿的品质潜力以及最佳的生物固氮方式,本研究采用水培试验,比较硝态氮、铵态氮、生物一(添加硝化、脲酶抑制剂)和生物二(未添加硝化、脲酶抑制剂)处理对紫花苜蓿品质影响的差异,探究理想状态下苜蓿的最佳品质水平;采用砂培试验探究9株根瘤菌对苜蓿品质的影响,筛选出具有促生、提升品质效果的高效根瘤菌;采用土培试验,将砂培试验中筛选出的2株高效根瘤菌与2株AMF作为接种剂,探究灭菌与未灭菌土壤上单接根瘤菌、根瘤菌与AMF双接种对苜蓿品质的影响,筛选出苜蓿品质水平最佳的最优组合。主要结果如下:(1)苜蓿品质提升潜力:通过水培试验结果发现,在营养生长中期,硝态氮有利于苜蓿地上部的生长,而铵态氮有利于地下部的生长,随着生长天数的增加,硝态氮对苜蓿生长及品质的提升作用最大。硝态氮处理苜蓿到达现蕾期的生长天数为56 d,较铵态氮处理延长了2 d,总生物量增加68.61%。生长27 d,铵态氮和硝态氮较生物一、生物二地上部生物量提高144.44%-215.63%。生长39 d,与铵态氮相比,其他氮形态地下部的生物量下降46.67%-73.33%。生长54 d,硝态氮较其他氮形态苜蓿地上部生物量提高115.41%-344.04%。在苜蓿现蕾期,硝态氮有利于促进苜蓿的生长,增加苜蓿地上部粗蛋白含量。硝态氮处理较其他氮素形态处理苜蓿地上部生物量增加28.33%-115.41%。硝态氮苜蓿地上部粗蛋白最大为20.64%,达到一级水平;其次是生物一处理为16.21%。(2)高效根瘤菌筛选:通过砂培试验结果发现,高效根瘤菌可以显著促进苜蓿的生长以及根瘤的形成,提高苜蓿的固氮能力。通过生长、结瘤指标,筛选出5株优良菌株为RG、01280、01302、01310、01314。5株优良菌株较对照苜蓿地上部生物量提高238.24%-611.76%。综合生长指标、固氮能力、品质指标,聚类分析得到RG、01302和01314菌株是接种“中苜一号”紫花苜蓿后促生效果和品质提升效果最佳的高效根瘤菌,苜蓿的地上部粗蛋白为20.19%-20.38%,达到一级水平。(3)最佳生物固氮组合对苜蓿品质提升潜力:通过土培试验结果表明,在灭菌土壤上,根瘤菌与AMF双接种对苜蓿的生长具有协同增效的作用,而单接根瘤菌出现抑制作用。在未灭菌土壤上,单接根瘤菌、双接种处理对苜蓿生长和品质的影响差异并不显著,这主要是受到土著AMF的影响。接种不同菌株组合对苜蓿的生长和品质影响不同。在未灭菌的土壤条件下,接种G.i+01314苜蓿地上部生物量最大。G.m+RG处理地上部粗蛋白含量最大,达到17.91%。在灭菌的土壤条件下,G.i+01314处理苜蓿地上部生物量最大,较对照增加了12.66倍。综合苜蓿的生长、品质指标发现接种G.i+RG对促进苜蓿生长、提高品质效果最好,为根瘤菌与AMF的最佳组合。主要结论:在养分充足的水培条件下,硝态氮是“中苜一号”紫花苜蓿生长、品质最佳的氮素形态,可使苜蓿粗蛋白含量达一级水平。添加硝化、脲酶抑制剂的生物固氮次之。结合苜蓿生物固氮的特性,通过调控生物固氮过程,在砂培条件下筛选得到高效根瘤菌RG、01302和01314菌株均可与“中苜一号”紫花苜蓿达到较好的共生关系,可使苜蓿粗蛋白含量达到一级水平。在灭菌、未灭菌的土培条件下,将筛选得到的高效根瘤菌与AMF双接种后发现双接种对苜蓿的促生效果最佳,但粗蛋白含量未能达到一级水平。此外,AMF是双接种发挥协同增效作用的关键。
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