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铝毒是华南地区酸性土壤中作物生长的主要限制因素。酸和铝毒害对大豆-根瘤菌共生固氮系统的形成有抑制作用。耐酸铝的豆科植物只有接种适宜的根瘤菌才能在酸铝胁迫下取得良好的共生固氮效果。本研究先从不同大豆品种的新鲜根瘤中分离纯化根瘤菌,然后对固氮能力较强的菌株进行耐酸铝的筛选。在此基础上选择一株固氮能力好、酸铝耐性强的菌株在一系列酸铝浓度下,研究酸铝对其生长的影响。并在一系列酸铝浓度下接种大豆,探讨酸铝对大豆-根瘤菌共生固氮系统的影响。研究结果如下:
(1)本研究从广东增城、惠州农科所大田种植的20个大豆品种(品系)分离纯化出60株待测菌株,回接试验确定45株为根瘤菌。结果表明,从种植在增城、惠州农科所不同品种(品系)大豆分离的根瘤菌株固氮能力大差异很大。从中选出10株固氮能力较高的根瘤菌株进行进一步的研究。
(2)对筛选出来的10株固氮能力较高的根瘤菌株进行耐酸铝的研究,发现本试验分离的菌株对酸铝的耐受远远高于慢生根瘤菌的模式菌株B.japonicum USDA6T。菌株之间也有明显的差异,铝浓度达到100μmol/L时,大部分菌株的生长量减少到对照的50%,铝浓度达到200 μmol/L时,菌株的生长量减少到对照的20%,酸性条件下,高浓度的铝是根瘤菌生长的抑制因子。
(3)构建了30号根瘤菌在pH6.0,pH4.5时铝浓度分别为0,25,50,100 pmol/L的YMA液体培养基中的生长曲线。测定结果表明:同一测定时刻,pH6.0处理下菌株的生长速度均高于pH4.5处理。pH6.0铝浓度为25 μmol/L处理下菌株的生长量和生长速度有提高的趋势;当铝浓度达50 pmol/L和100 μmol/L时,菌株的生长开始受到抑制,但差异均不显著。pH4.5铝浓度为25 pmol/L处理下菌株的最大生长量明显提高;铝浓度为50 pmol/L时菌株的对数生长期延迟,但对其最大生长量几乎没有影响;铝浓度为100μmol/L时菌株的生长明显受抑制。
(4)在pH为4.5和6.0铝浓度为(0,25,50,100,200 pmol/L)的营养液中,用30号根瘤菌株接种华夏1号、桂夏豆1号、Young和PI,探讨酸铝对大豆根瘤菌共生固氮体系的影响。结果表明:铝浓度为200 μmol/L时耐酸铝品种华夏1号、PI仍能结瘤数,不耐酸铝品种桂夏1号和Young不能结瘤。随着铝浓度的升高四个品种瘤数减少,可能是高浓度的铝抑制结瘤基因和结瘤信号物质的表达从而减少了结瘤数。不同pH下铝浓度为(25,50μmol/L)的处理明显提高植株的瘤数、根瘤的固氮酶活性、地上部干重及含氮量。酸性环境中高浓度的铝是抑制大豆生长的限制因素,但低浓度的铝能促进结瘤,提高地上部干重和含氮量。 (5)本研究发现酸性环境下接种酸铝预培养根瘤菌的结瘤数、植株地上部干重、地上部含氮量比接种没经预培养的菌多。用适量的铝预培养根瘤菌后接种到含有适量铝的大豆生长环境中,能促进共生固氮体系的形成和发育提高大豆的生物量和含氮量。