不同根瘤菌与紫云英主栽品种的共生匹配性

doi:10.11686/cyxb2021465

草业学报 ›› 2022, Vol. 31 ›› Issue (12): 171-180.DOI: 10.11686/cyxb2021465

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不同根瘤菌与紫云英主栽品种的共生匹配性

常单娜¹(), 马晓彤¹(), 周国朋¹, 高嵩涓², 刘蕊³, 曹卫东¹()

^1.中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，农业农村部植物营养与肥料重点实验室，北京 100081
^2.南京农业大学资源与环境科学学院，江苏南京 210095
^3.甘肃省干旱生境作物学重点实验室，甘肃农业大学农学院，甘肃兰州 730070

收稿日期:2021-12-13 修回日期:2022-02-08 出版日期:2022-12-20 发布日期:2022-10-17
通讯作者: 曹卫东
作者简介:E-mail： caoweidong@caas.cn
常单娜（1987-），女，河南新乡人，助理研究员，博士。 E-mail： changdanna@caas.cn
马晓彤（1967-），女，北京人，副研究员，硕士。E-mail： maxiaotong@caas.cn。第一联系人：共同第一作者These authors contributed equally to this work.
基金资助:
国家绿肥产业技术体系(CARS-22);国家重点研发计划(2021YFD1700200);中国农业科学院科技创新工程，国家作物种质资源库绿肥分库(NCGRC-2022-19);农业农村部绿肥种质资源的收集、鉴定、编目、繁种与入库保存项目(19221886)

Symbiotic compatibility of different rhizobia strains with important Chinese milk vetch （Astragalus sinicus） cultivars

Dan-na CHANG¹(), Xiao-tong MA¹(), Guo-peng ZHOU¹, Song-juan GAO², Rui LIU³, Wei-dong CAO¹()

^1.Institute of Agricultural Resources and Regional Planning，Chinese Academy of Agricultural Sciences，Key Laboratory of Plant Nutrition and Fertilizer，Ministry of Agriculture and Rural Affairs，Beijing 100081，China
^2.College of Resources and Environmental Sciences，Nanjing Agricultural University，Nanjing 210095，China
^3.Gansu Provincial Key Laboratory of Arid Land Crop Science，College of Agronomy，Gansu Agricultural University，Lanzhou 730070，China

Received:2021-12-13 Revised:2022-02-08 Online:2022-12-20 Published:2022-10-17
Contact: Wei-dong CAO

摘要/Abstract

摘要：

研究不同根瘤菌与我国紫云英主栽品种的共生匹配性，筛选广谱且固氮能力强的菌株用于接种，对提高紫云英固氮能力具有重要的实践意义。本研究以8株分离自不同主产区的根瘤菌和8个紫云英主栽品种为研究对象，水培试管验证8株根瘤菌中有6株可以与8个主栽品种建立良好的共生关系，选取共生效果较好的4株进行蛭石盆栽复筛试验，测定紫云英的有效瘤数、根瘤鲜重、固氮酶活性、干重、氮素积累量。结果显示，与不接种的阴性对照相比，接种根瘤菌能显著增加紫云英的干重和氮素积累量。不同紫云英品种与4株复筛菌株共生固氮体系中地上部及地下部干重、地上部及地下部氮素积累量分别是不接种对照的3.23~7.12倍、1.64~4.12倍、12.72~37.84倍和5.42~13.63倍。不同紫云英品种与4株复筛菌株共生固氮体系的固氮能力有差异，弋江籽、宁波大桥与4株复筛菌株共生固氮体系中的地上部及地下部干重、地上部及地下部氮素积累量显著高于信紫1号，分别是信紫1号的1.78~1.87倍、1.68~1.99倍、1.14~2.08倍、1.74~2.40倍。菌株7653R与8个主栽品种的共生固氮体系中平均有效瘤数、根瘤鲜重、固氮酶活性显著大于其他3株菌株，是其他3株菌株的1.17~1.19倍、1.15~1.22倍、1.38~1.45倍。双因素交互分析显示根瘤菌菌株对紫云英的有效瘤数、根瘤鲜重、干重、氮素积累量的贡献率为50.79%~87.64%，大于紫云英品种（7.17%~32.83%）。本研究初步建立了不同根瘤菌菌株与紫云英主栽品种的匹配关系，为在田间试验中进一步筛选和应用这些菌株提供了理论支撑。

关键词: 紫云英主栽品种, 根瘤菌菌株, 共生匹配性, 氮素积累量

Abstract:

Symbiotic compatibility of different rhizobia strains with important Chinese milk vetch （CMV） cultivars was studied to identify rhizobia with a broad host compatibility high nitrogen fixation ability for CMV crop inoculation， with a view to improving CMV nitrogen fixation ability and performance. Eight rhizobia strains isolated from different geographic CMV production regions and eight important CMV cultivars were used in the research. A hydroponic tube test showed six of the eight rhizobia strains could establish good symbiosis with all of the eight tested CMV cultivars. Four rhizobia strains with better symbiosis were re-tested in a vermiculite pot experiment in which the effective nodule number， nodule fresh weight， nitrogenase activity， dry weight， and nitrogen accumulation of CMV were recorded and analyzed. It was found that compared with the uninoculated control， rhizobia inoculation significantly increased the dry weight and nitrogen accumulation of CMV. Across the eight tested CMV cultivars and four rhizobia strains， CMV shoot dry weights were 3.23-7.12 times higher and root dry weights were 1.64-4.12 times higher in inoculated than in uninoculated plants. Similarly， shoot nitrogen accumulation was 12.72-37.84 times higher， and root nitrogen accumulation 5.42-13.63 times higher in inoculated plants than in the control treatment. There were also differences between CMV cultivars and rhizobia strains in nitrogen fixation ability. The eight cultivars tested differed in their response to inoculation. CMV cultivars Yijiangzi and Ningbodaqiao were generally more responsive， and cultivar Xinzi No.1 was generally less responsive. For cultivars Yijiangzi and， Ningbodaqiao， shoot dry weight was 1.78-1.87 times higher； root dry weight was 1.68-1.99 times higher； shoot nitrogen accumulation was 1.14-2.08 times higher and root nitrogen accumulation was 1.74-2.40 times higher than for cultivar Xinzi No. 1. Among the four rhizobia strains re-tested in the pot trial， strain 7653R was superior to the other three （13005， 13025 and 13052）. Averaged over the eight tested CMV cultivars， the effective nodule number was 1.17-1.19 times higher； the nodule fresh weight was 1.15-1.22 times higher， and nitrogenase activity was 1.38-1.45 times higher for rhizobia strain 7653R than for the other 3 strains. ANOVAs for CMV and rhizobia strain effects and their interaction showed that the contribution of rhizobia strains to effective nodule number， nodule fresh weight， nodule dry weight， and nitrogen accumulation was 50.79%-87.64%， compared with a 7.17%-32.83% contribution of CMV cultivars. Symbiotic compatibilities among different rhizobia strains and the main CMV cultivars were elucidated， and these data provide a knowledge base for further screening of rhizobia strains with excellent field performance.

Key words: main Chinese milk vetch cultivars, rhizobia strains, symbiotic compatibility, nitrogen accumulation

常单娜, 马晓彤, 周国朋, 高嵩涓, 刘蕊, 曹卫东. 不同根瘤菌与紫云英主栽品种的共生匹配性[J]. 草业学报, 2022, 31(12): 171-180.

Dan-na CHANG, Xiao-tong MA, Guo-peng ZHOU, Song-juan GAO, Rui LIU, Wei-dong CAO. Symbiotic compatibility of different rhizobia strains with important Chinese milk vetch （Astragalus sinicus） cultivars[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2022, 31(12): 171-180.

图/表 8

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品种Cultivars	材料类型Material type	来源地Sources	生育期Growth period （d）	熟期类型Maturing types
弋江籽Yijiangzi	地方种Local species	安徽Anhui	225~230	中熟Mid-maturing
余江大叶Yujiangdaye	地方种Local species	江西Jiangxi	221~232	中熟Mid-maturing
宁波大桥Ningbodaqiao	地方种Local species	浙江Zhejiang	235~240	晚熟Late‐maturing
皖紫1号Wanzi No.1	育成种 Cultivated species	安徽Anhui	220~230	中熟Mid-maturing
信紫1号Xinzi No.1	育成种Cultivated species	河南Henan	240~250	晚熟Late‐maturing
湘紫1号Xiangzi No.1	育成种Cultivated species	湖南Hunan	205~210	早熟Early‐maturing
闽紫7号Minzi No.1	育成种Cultivated species	福建Fujian	220~225	中熟Mid-maturing
萍宁72 Pingning No.72	育成种Cultivated species	广西Guangxi	170~180	早熟Early‐maturing

品种Cultivars	材料类型Material type	来源地Sources	生育期Growth period （d）	熟期类型Maturing types
弋江籽Yijiangzi	地方种Local species	安徽Anhui	225~230	中熟Mid-maturing
余江大叶Yujiangdaye	地方种Local species	江西Jiangxi	221~232	中熟Mid-maturing
宁波大桥Ningbodaqiao	地方种Local species	浙江Zhejiang	235~240	晚熟Late‐maturing
皖紫1号Wanzi No.1	育成种 Cultivated species	安徽Anhui	220~230	中熟Mid-maturing
信紫1号Xinzi No.1	育成种Cultivated species	河南Henan	240~250	晚熟Late‐maturing
湘紫1号Xiangzi No.1	育成种Cultivated species	湖南Hunan	205~210	早熟Early‐maturing
闽紫7号Minzi No.1	育成种Cultivated species	福建Fujian	220~225	中熟Mid-maturing
萍宁72 Pingning No.72	育成种Cultivated species	广西Guangxi	170~180	早熟Early‐maturing

菌株Rhizobia strain	属名Genus name	宿主Host species	来源地Origin site
13004	根瘤菌属Rhizobium taibaishanense	紫云英A. sinicus	浙江Zhejiang
13005	中慢生属Mesorhizobium huakuii	紫云英A. sinicus	江苏Jiangsu
13025	中慢生属M. jarvisii	紫云英A. sinicus	浙江Zhejiang
13036	中慢生属M. japonicum	紫云英A. sinicus	湖北Hubei
13052	中慢生属M. japonicum	紫云英A. sinicus	广西Guangxi
13063	中慢生属M. qingshengii	紫云英A. sinicus	江西Jiangxi
13065	中慢生属M. carmichaelinearum	紫云英A. sinicus	安徽Anhui
7653R	中慢生属M. huakuii	紫云英A. sinicus	湖北Hubei

菌株Rhizobia strain	属名Genus name	宿主Host species	来源地Origin site
13004	根瘤菌属Rhizobium taibaishanense	紫云英A. sinicus	浙江Zhejiang
13005	中慢生属Mesorhizobium huakuii	紫云英A. sinicus	江苏Jiangsu
13025	中慢生属M. jarvisii	紫云英A. sinicus	浙江Zhejiang
13036	中慢生属M. japonicum	紫云英A. sinicus	湖北Hubei
13052	中慢生属M. japonicum	紫云英A. sinicus	广西Guangxi
13063	中慢生属M. qingshengii	紫云英A. sinicus	江西Jiangxi
13065	中慢生属M. carmichaelinearum	紫云英A. sinicus	安徽Anhui
7653R	中慢生属M. huakuii	紫云英A. sinicus	湖北Hubei

处理 Treatment	项目 Item	干重Dry weight		氮素积累量Nitrogen accumulation		有效瘤数 NN	根瘤鲜重 NFW	固氮酶活性 NA
处理 Treatment	项目 Item	地上部Shoot	地下部Root	地上部Shoot	地下部Root	有效瘤数 NN	根瘤鲜重 NFW	固氮酶活性 NA
品种 Cultivars	F值F value	79.64**	45.88**	51.19**	30.56**	22.82**	29.35**	25.43**
品种 Cultivars	贡献率Contribution （%）	21.94	32.83	23.00	27.69	9.33	19.10	7.17
菌株 Rhizobia strains	F值F value	435.46**	124.21**	252.71**	103.46**	363.01**	190.50**	544.36**
菌株 Rhizobia strains	贡献率Contribution （%）	68.54	50.79	64.88	53.57	84.81	70.85	87.64
交互 Interaction	F值F value	8.64**	5.72**	6.74**	5.17**	3.58**	3.86***	4.61**
交互 Interaction	贡献率Contribution （%）	9.53	16.38	12.12	18.74	5.86	10.05	5.20

不同根瘤菌与紫云英主栽品种的共生匹配性

Symbiotic compatibility of different rhizobia strains with important Chinese milk vetch （Astragalus sinicus） cultivars

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