大豆根瘤菌遺傳多樣性研究獲進展

2020-12-05 科學網

 

大豆是具有共生固氮功能的作物，其固氮效率的高低取決於土壤中根瘤菌的豐度、以及根瘤菌的有效性和高效性。然而土壤中的大豆根瘤菌的豐度、多樣性主要受土壤環境因素影響。前人的研究均是在大尺度上通過廣泛採集土壤樣品，即利用土壤理化性質差異較大的土壤樣品進行研究，從而找出影響大豆根瘤菌分布的土壤環境因子。然而土壤對根瘤菌的影響是緩慢的，只有長期的影響才會使土壤中的大豆根瘤菌群落結構組成發生顯著變化，在同一地區、同一母質上發育的土壤上，通過改變土地利用方式、改變種植制度會引起土壤理化性質的變化，那麼土壤中根瘤菌的遺傳多樣性是否亦發生變化？如果發生變化，是受什麼土壤環境因子驅動的？只有在這種條件下研究出來的驅動因素，才是真正影響土壤中大豆根瘤菌群落結構及其分布的關鍵環境因子，那麼在生產上就可以通過調控管理措施，改變土壤環境條件使根瘤菌豐度達到最高，效能發揮到最大。

為此，中國科學院東北地理與農業生態研究所土壤物質循環學科組研究員韓曉增等人，於2013年在海倫農業國家生態試驗站選用3種不同土地利用方式（始於1985年）處理：Ⅰ. 草地：草原化草甸植被自然恢復，主要群落有苔草（Cares sp.）、問荊（Equisetum arvense）、狗尾草（Leymus chinesis）等；Ⅱ. 裸地：植物生長季定期將植物地上部剷除，模擬無植被覆蓋下黑土退化過程；Ⅲ. 農田：大豆、小麥和玉米輪作，不施肥。於1990年將農田設4個不同種植制度處理：1. 玉米連作處理；2. 大豆連作處理；3. 小麥連作處理；4. 玉米-大豆-小麥輪作處理。研究結果表明：長期不同的土地利用方式和種植制度會影響土壤中大豆根瘤菌的豐度和多樣性。草地處理由於植被豐富，根瘤菌的多樣性顯著地高於其它處理，其中Bradyrhizobium sp. II只在草地處理中分離得到。除了大豆連作處理外，其它有大豆參與的處理均能顯著的提高大豆根瘤菌的豐度和多樣性。三種連作處理相比，大豆連作條件下Bradyrhizobium sp. I是優勢種，而玉米和小麥連作條件下則是以Bradyrhizobium sp. III為優勢種，表明作物種類對根瘤菌的種群具有一定的選擇性。長期不同土地利用方式及種植制度主要是通過影響土壤的有機質含量(OC)、速效磷含量(AP)和pH值進而對大豆根瘤菌豐度和多樣性產生影響。另外在生產實踐中則需要對種植制度進行改變，一方面玉米-大豆-小麥輪作種植制度進行推廣應用，避免出現玉米和大豆連作；另一方面要適當的進行農田撂荒或者休閒，只有這樣才能保證土壤可持續利用。

該研究得到了國家自然科學基金的支持，研究成果發表在Applied Environmental Microbiology 上(Jun Yan, Xiaozeng Han, et al. 2014. Abundance and Diversity of Soybean-Nodulating Rhizobia in Black Soil Are Impacted by Land Use and Crop Management. Applied Environmental Microbiology. 80: 5394-5402)。（來源：中科院東北地理所）

 

 

 

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