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本研究从青海省大通、乐都和西宁各城区采集豆科植物胡卢巴的根瘤,经分离、纯化、镜检、回接,获得10株未知菌株。对这些菌株进行形态、生理生化和共生固氮效应的研究,并对所采集的胡卢巴植株和根瘤生长发育进行生物学特征的测定。
从青海省大通、乐都和西宁各城区所采集豆科植物胡卢巴植株根瘤在表型上表现出较大的差异。采自不同地区胡卢巴植物根瘤着生均在主根和侧根上,采自大通、乐都的植株主根的根瘤数略少于侧根,且根瘤略大于侧根的根瘤,大小多数在1mm~5mm,植株多为3~5分枝并开花;西宁市不同城区胡卢巴植物主根的根瘤数则多于侧根,且根瘤略大于侧根的根瘤,根瘤大小在1mm~6mm之间,植株多为3~6分枝并开花。根瘤形状多为椭圆形、掌状、圆形、根瘤顶部呈二分叉状和顶部多分叉呈花簇状,少数如植株T905、T909的根瘤为柱形和扇形。随着植株的生长,根瘤的数量、大小都有所增长,根瘤数量从3~21个不等,大小由0.5mm~7mm不等;根瘤的颜色由顶端浅粉色-浅粉色-粉色-红色;根瘤的形状由椭圆、二分叉等形状到掌状、花簇状。植株根瘤的显微切片表明,所有根瘤都由4个部分组成,由外向内依次为:保护层、皮层、鞘细胞层和中心组织。据统计,不同时期的根瘤的各部分细胞层数不同,中心组织占根瘤总面积的百分比及侵染细胞占中心组织总细胞数的百分比在不同生长时期也有差异。
根瘤菌的形态特征研究表明:胡卢巴根瘤菌菌苔的形状大多呈丝状,颜色呈微乳白色及乳白色;光学特性为微透明、半透明和透明,菌落的形状均呈圆形、大小在3mm~6.5mm之间,菌落表面光滑、边缘整齐,隆起形状低凸,透明度较好。液体培养的培养液浑浊、无可溶性色素及菌内分化;培养液有沉淀且沉淀物的颜色为白色;除QXT805、QXT808、QXT809等菌株有菌膜外,其余的供试菌均无菌膜。根瘤菌类菌体的形状多数为短杆状、少数为“V”、“Y”状,类菌体的大小随着植株的生长有所增长。
在生理性状的测定中,供试菌株QXT809的世代时间在6h以内,为快生型。供试菌中3-酮基乳糖反应、淀粉水解反应和V.P试验反应均为阴性,QXT6组菌株的柠檬酸盐利用均呈阴性,QXT8组菌株均呈阳性,表明胡卢巴根瘤菌中利用柠檬酸盐的能力有差异。明胶水解反应和M.R试验反应为阳性,说明胡卢巴根瘤菌具有利用上述物质的能力,菌株QXT809的明胶水解反应结果为液化,说明该菌株利用明胶的能力较强。供试菌株除QXT807、QXT808和QXT810等菌株的硝酸盐利用反应呈阳性外,其余的菌株的反应均为阴性,说明胡卢巴根瘤菌中利用硝酸盐的能力亦有差异。供试菌的酶活性试验结果中,过氧化氢酶、氧化酶、脲酶和硝酸盐还原酶活性均呈现了正负两种反应结果,说明胡卢巴根瘤菌具有多样化的代谢途径。通过对供试菌生理特性的研究发现采自同一地区甚至于同地区同一生长时期的胡卢巴根瘤菌,在生理上仍有一定的差异。
生化性状测定结果表明:不同地理来源、同一地理来源、甚至同一植株不同根瘤的菌株在碳、氮源利用、矿质元素利用等方面存在着差异。蔗糖、甘露醇、麦芽糖、葡萄糖、山梨醇、菊糖、D-木糖和乳糖是所有供试菌株的合适碳源,酵母膏、蛋白胨、KNO3和(NH4)HPOt是所有供试菌株较好的氮源,供试菌株尤其是在KNO3和(NH4)2HPO4的氮源上长势较好。供试菌株均能很好的利用Mg+2和Mo+2,而不能在含有Cu+2的培养液中生长。
供试菌株在抗生素敏感性、耐逆性性状的测定中,供试菌对抗生素的表现,说明菌株间对不同抗生素或不同使用浓度相同抗生素的抗性存在差异,即便是来自同一地区同一生长时期的菌株间也有部分差异。有3个菌株的耐盐性较差,当盐含量达到1.0%时就不能生长了。供试菌QXT8组菌株和QXT603菌株均能在盐含量为3.0%时生长。QXT8组菌株能在盐含量4.0%时生长。尤其是QXT809菌株能够在盐含量达到5.0%也生长,表现出了很强的耐盐性。表明分离自同一地区不同生长时期胡卢巴根瘤菌在耐盐性方面也存在一定的差异性。环境因子对根瘤菌生长的影响表明:氧气、pH值和温度对根瘤菌的生长有一定的影响,各菌株问表现出差异性,这可能与其生长的环境因素有着一定的关系。
互接种族试验一方面证实了同一接种族内的根瘤菌能够交叉感染形成根瘤,另一方面也发现胡卢巴根瘤菌可能具品系专一性。
供试菌株的共生固氮有效性测定结果表明:10株从胡卢巴根瘤中分离的菌株均能在胡卢巴上结瘤,而不能在供试豆科植物上结瘤,显示此10个菌株均存在品系专一性。供试菌株QXT809在与胡卢巴的共生体系中,根瘤个数,大小与植株重量呈现多样性,但植株重量与植株含氮量具有一定的相关性,因此能较好的反映各菌株的固氮能力。