接种不同根瘤菌对沙地苜蓿结瘤及生长状况的影响

张庆昕，朱爱民，张玉霞，王显国，田永雷，乌英噶,3，宝拉月,3，丛百明

(1.内蒙古民族大学，内蒙古 通辽 028041； 2.中国农业大学 动物科技学院，北京 100083；3.阿鲁科尔沁旗畜牧局，内蒙古 赤峰 025500)

紫花苜蓿(Medicagosativa)和杂花苜蓿(Medicagovaria)均属于苜蓿属(MedicagoLinn.)植物，多年生豆科牧草，因其具有粗蛋白含量高、适口性好且草质优良的特点，在世界范围内被广泛种植，是世界上栽培和利用价值最高的牧草[1]。给苜蓿接种高效根瘤菌是提高苜蓿产量和品质的重要方法之一。苜蓿根瘤菌可以侵染苜蓿根部形成根瘤，将空气中的氮分子还原成氨态氮供给寄主植物用以合成蛋白。苜蓿根瘤菌对寄主有很强的专一性，有效的苜蓿根瘤呈粉红色，因为根瘤内含有一种植物红血蛋白，而无效的则呈浅绿色或白色[2-3]。

根瘤菌是一类革兰阴性菌[4]，这类菌广泛的分布于土壤中。早在19世纪，国外诸多学者已对根瘤菌的接种进行了深入研究，首次用根瘤菌剂在试验中进行接种[5-8]。随后，根瘤菌剂在美国开始商业化生产，据统计美国等少数国家豆科牧草接种面积甚至超过70%[9-10]。在20世纪初，有张宪武[11]对大豆根瘤菌的研究，在20世纪中叶，豆科根瘤菌在我国开始大面积推广与应用，接种面积约350 hm2，增产10%。随着苜蓿产业的发展，人们发现在自然条件下苜蓿与野生根瘤菌的结瘤率不高，且多为无效根瘤，尤其在新开垦地区的第1次种植[12]。Gibson等[13]研究表明，苜蓿在生长期间30%～80%的氮是由生物固氮提供。诸多学者通过试验证明，人工接种苜蓿根瘤菌比不接种更快速地侵染根部，形成根瘤，结瘤率增加约80%，产量平均增加30%[14-18]，同时苜蓿在越冬及下年的返青、株高、分枝(分蘖)数量及产量上都有显著优势，且苜蓿根瘤菌与苜蓿品种之间存在较强的选择性，有报道从美国引进的根瘤菌株对几种中国苜蓿品种的侵染效果很差[19-21]。曾昭海等[22-23]在含氮量较低的土壤环境下筛选的高效苜蓿根瘤菌，干草产量相比对照增加12%。喻文虎等[24]对苜蓿接种根瘤菌的研究表明，接种根瘤菌后土壤中的有机质和速效氮含量比不接种的有较大提高。

我国的苜蓿种类繁多，但却缺少能与之匹配的优良根瘤菌株，所以筛选出高效的苜蓿根瘤菌株是苜蓿产业化进程中必不可少的环节。通过在科尔沁沙地对4个紫花苜蓿品种和2个黄花苜蓿品种分别接种不同根瘤菌，与不接种根瘤菌作对照，探究接种根瘤菌后苜蓿植株及根瘤生长变化，以便筛选出适合本地区应用和种植的根瘤菌苜蓿最佳匹配组合。

1 材料和方法

1.1 试验区自然概况

试验地设在内蒙古自治区通辽市阿鲁科尔沁旗草原合作社，地理位置E 116°21′～120°58′，N 41°17′～45°24′，温带半干旱大陆性气候。年平均气温0～6℃，≥10℃积温3 000～3 200℃，无霜期140～150 d，年平均降水量350～400 mm，蒸发量是降水量的5倍，年平均风速3.0～4.4 m/s。试验地是新开垦草地，土壤为沙土。

1.2 试验材料

供试紫花苜蓿和杂花苜蓿品种及来源(表1)。

表1 紫花苜蓿及杂花苜蓿品种及来源

1.3 供试菌株及来源

代号为9、8-3、5-1、18-1、Z12.3的根瘤菌菌株均来自中国农业大学根瘤菌保存中心。

1.4 接种

通过筛选试验，表明表2中苜蓿-根瘤菌组合苗期生长相对较好，因此，选择苜蓿-根瘤菌组合进行大田试验。按照苜蓿-根瘤菌组合接种，称取6个供试材料的种子(播量22.5 kg/hm2，小区12 m2)，将包好的种子置入菌液中浸泡30 min(对照除外)，取出后通风阴干，供撒播时使用。

1.5 试验方法

采用随机区组排列，每小区面积为3 m×4 m，4个重复，共64个小区，小区设50 cm过道。科尔沁沙地漏水漏肥、土壤瘠薄，苜蓿幼苗固氮能力较弱，为保证其苗期正常生长，施少量氮肥(60 kg/hm2)，后期不施氮肥，所有小区底肥均施750 kg/hm2安琪有机肥、300 kg/hm2过磷酸钙、7 kg/hm2硫酸钾，2015年8月4日播种，人工撒播，试验地正常管理。

表2 供试品种-根瘤菌接种组合

1.6 测定项目及方法

地上生物量：10月20号，每个小区齐地刈割地上部分1 m2，测鲜质量，并记录。同时,统计每个样方供试品种的枝条数(1 m2)，随机取30株测定株高并记录。

根瘤调查：产量测定同时，每个小区随机选取10株供试品种，将根挖起，统计每株根瘤数，并收集10株根瘤于干燥离心管中带回实验室称总质量。

1.7 数据分析

数据用Microsoft Excel 软件处理，SPSS 17.0软件进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同苜蓿品种接种不同根瘤菌的株高比较

不同苜蓿品种接种不同根瘤菌与对照之间株高的变化差异不同(图1)。肇东-(9)组合苜蓿植株高度显著高于对照，较对照高2.75 cm，肇东-(18-1)组合苜蓿植株高度较对照无显著性差异；农菁8号-(8-3)组合苜蓿植株高度较对照增加1.85 cm；东苜1号-(5-1)组合苜蓿植株高度为34.03 cm，较对照显著增加，增幅为6.9%；草原2号-(9)和草原2号-(18-1)苜蓿根瘤菌组合植株高度与对照均差异不显著(P<0.05)，草原2号-(8-3)组合苜蓿植株高度显著低于对照，株高降低7.1%；草原3号-(5-1)组合苜蓿植株高度显著高于对照，较对照增高4.88 cm；公农1号-(18-1)组合苜蓿植株高度为35.65 cm，显著高于对照，公农1号-(Z12.3)苜蓿植株高度与对照差异不显著性(P<0.05)。

2.2 不同苜蓿品种接种不同根瘤菌的根瘤重比较

不同苜蓿品种接种不同根瘤菌与对照相比根瘤重均有差异(图2)。肇东-(18-1)和肇东-(9)两组合苜蓿有效根瘤重较对照均差异不显著(P<0.05)；农菁8号-(8-3)组合10株苜蓿有效根瘤重为0.297 g，显著高于对照，增幅为43.1%；草原2号-(9)、草原2号-(8-3)和草原2号-(18-1)各组合10株苜蓿根瘤重分别为0.223 g，0.205 g和0.261 g，较对照均显著降低，降低幅度分别为26.0%，31.8%和13.3%；东苜1号-(5-1)组合10株苜蓿根瘤重为0.167 g，较对照降低56.7%，变化差异显著；草原3号-(5-1)组合10株苜蓿根瘤重为0.23 g，显著高于对照；公农1号-(Z12.3)和公农1号-(18-1)两组合10株苜蓿根瘤重分别为0.228 g、0.213 g，均显著低于对照，分别减少16.5%和22.0%。

图2 不同苜蓿品种接种根瘤菌的根瘤重Fig.2 Comparison of nodule weight of different alfalfa varieties inoculated with different rhizobium

2.3 不同苜蓿品种接种不同根瘤菌的根瘤数比较

不同苜蓿品种接种不同根瘤菌与对照相比单株根瘤数变化不同(图3)。肇东-(18-1)和肇东-(9)两组合苜蓿单株根瘤数分别是10.7、10.1个/株，显著高于对照，增幅分别为22.0%、15.2%；农菁8号-(8-3)组合苜蓿单株根瘤数较对照增加不显著；东苜1号-(5-1)组合苜蓿单株根瘤数为8.68个，较对照显著减少，平均单株减少36.4%；草原2号-(8-3)和草原2号-(18-1)两组合苜蓿单株根瘤数与对照相比差异不显著(P<0.05)，草原2号-(9)组合苜蓿单株根瘤数为11.2个/株，较对照显著降低。草原3号-(5-1)组合苜蓿单株根瘤数为13.95个/株，显著高于对照，增幅达到21.8%；公农1号-(Z12.3)和公农1号-(18-1)两组合根瘤数分别是11.83、10.03个/株，均显著低于对照，分别减少17.2%、29.8%。

2.4 不同苜蓿品种接种不同根瘤菌的枝条数比较

不同苜蓿品种接种不同根瘤菌与对照比较单位面积枝条数变化较大(图4)。肇东-(9)组合枝条数为527.3枝/m2，而对照单位面积苜蓿枝条数为625.2枝/m2，差异显著(P<0.05)，肇东-(18-1)组合枝条数与对照相比差异不显著(P<0.05)；农菁8号-(8-3)组合枝条数为705.0枝/m2，显著低于对照，较对照减少11.7%；草原2号-(9)组合枝条数为600.6枝/m2，显著低于对照，草原2号-(8-3)和草原2号-(18-1)两组合枝条数较对照高，分别是660.6和686.1枝/m2，但未达到显著水平；东苜1号-(5-1)组合枝条数为678.5枝/m2，增加幅度9.8%，差异显著；公农1号-(18-1)组合枝条数为670.8枝/m2，显著高于对照，公农1号-(Z12.3)组合枝条数与对照差异不显著；草原3号-(5-1)组合枝条数为798.6，与对照相比显著增加，增加幅度8.9%。

2.5 不同苜蓿品种接种不同根瘤菌与对照之间干草产量的比较

不同苜蓿品种接种根瘤菌与对照相比干草产量具有差异(图5)。肇东-CK干草产量为2 682.23 kg/hm2，与对照相比肇东-(18-1)组合苜蓿干草产量显著降低，降幅达15.6%，肇东-(9)组合苜蓿干草产量较对照亦减少，但差异不显著(P<0.05)；农菁8号-(8-3)组合苜蓿干草产量为2 645.01 kg/hm2，较对照无显著变化；东苜1号-(5-1)组合苜蓿干草产量也与对照差异不显著；草原2号-(18-1)组合苜蓿干草产量为2 749.07 kg/hm2，较对照显著增加，增幅为19.1%，草原2号-(9)和草原2号-(8-3)两组合苜蓿干草产量较对照变化均未达到显著水平；草原3号-(5-1)组合苜蓿干草产量为2 389.06 kg/hm2，与对照相比差异不显著；公农1号-(18-1)组合苜蓿干草产量为2 684.54 kg/hm2，与对照相比显著增加，增幅为13.5%，公农1号-(z12.3)组合苜蓿干草产量为2 428.28 kg/hm2，较对照增加不显著。说明草原2号-(18-1)和公农1号-(18-1)组合较其他组合具有明显优势。

图3 不同苜蓿品种接种根瘤菌与对照的根瘤数的比较Fig.3 Comparison of nodule number of different alfalfa varieties inoculated with different rhizobium

图4 不同苜蓿品种接种根瘤菌与对照的单位面积枝条数比较Fig.4 Comparison of the number of branches of different alfalfa varieties inoculated with different rhizobium

3 讨论

苜蓿根瘤菌共生体系的一个重要特性是寄主专一性[26]。即每种根瘤菌只能在特定种类的豆科植物上结瘤。同样，每种豆科植物只能被特定的根瘤菌侵染，苜蓿根瘤菌的寄主专一性很强。试验表明，同一品种苜蓿接种不同根瘤菌其对苜蓿生长特性和根瘤生长状况影响不同，肇东-(9)组合的株高显著高于对照，干草产量较对照变化不明显，而肇东-(18-1)组合株高较对照则无明显变化，但干草产量较对照显著减少15.6%，呈负增长，这与杨建等[27]研究结果相同。试验中，草原2号-(18-1)和公农1号(18-1)两组合干草产量较对照显著增加，增幅分别达19.1%、13.5%。表明同种苜蓿接种不同种根瘤菌，不同品种苜蓿接种相同根瘤菌效果不同[28]。

国内外研究表明，豆科牧草接种根瘤菌可有效提高豆科牧草产量和品质[29-31]。试验表明，根瘤数和根瘤重增加的根瘤菌苜蓿匹配组合，其干草产量不一定显著增加，草原2号-(18-1)和公农1号-(18-1)两组合苜蓿根瘤数和根瘤重较其对照均减少，但干草产量均较对照显著增加；农菁8号-(8-3)和草原3号-(5-1)两匹配组合苜蓿根瘤数、根瘤重较其对照均显著增加，但干草产量均较对照变化不明显；说明苜蓿根瘤数、根瘤重与苜蓿干草产量没有必然相关性。云锦凤等[10]研究结果表明，苜蓿根瘤菌菌株对苜蓿品种是有选择的，同一苜蓿品种分别用几株菌株接种和不同苜蓿品种接种相同根瘤菌，会出现不同的共生效果，彼此间差异较大，对其根瘤的生长影响也不尽相同。不同苜蓿品种接种不同根瘤菌后多数匹配组合苜蓿单位面积枝条数均呈增加趋势，但也有少数单位面积苜蓿枝条数减少，如肇东-(9)、农菁8-(8-3)、草原2号-(9)。可能是因为苜蓿品种与根瘤菌株的共生不匹配造成。

图5 不同品种苜蓿接种不同根瘤菌与对照的干草产量比较Fig.5 Comparison of hay yield of different alfalfa varieties inoculated with different rhizobium

4 结论

草原2号-(18-1)和公农1号(18-1)两组干草产量分别是2 749.07、2 684.54 kg/hm2，较其他组合干草产量高，具有明显优势，适合在科尔沁地区推广应用。