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大豆是我国重要的粮食和油料作物,大豆—根瘤菌共生固氮体系具有肥土养地作用。但在我国大部分土壤中有效磷缺乏是作物生长的限制因素之一,华南地区酸性土壤中磷主要以难溶磷酸铝、铁等化合物的形式存在,有效磷含量较低。酸和低磷(难溶磷)对大豆—根瘤菌共生固氮体系的形成有抑制作用。耐低磷的大豆品种接种高效根瘤菌才能在低磷环境中取得良好的共生固氮效果,达到增产的目的。本研究从来源于我国华南地区不同区域酸性土壤中的野生大豆及栽培大豆根瘤中分离、纯化根瘤菌着手,选择固氮能力强的根瘤菌株接种于供试大豆品种,研究不同pH环境中共生固氮体系对难溶磷(Ca-P、Al-P及Fe-P)的反应,找出适合华南酸性低磷土壤环境的根瘤菌或其共生固氮体系。此外,研究接种根瘤菌或其混合菌的共生固氮体系对华南地区酸性土壤难溶磷(Al-P和Fe-P)反应,得到高效根瘤菌(或混合菌)或其共生固氮体系,并进一步验证筛选的高效根瘤菌(或混合菌)作为菌剂在大豆生产中的效果,所取得的研究结果如下:
⑴用加有刚果红的YMA平板划线法分离来源于华南地区不同区域酸性土壤野生大豆的根瘤菌存在具有较高固氮能力的菌株。49株不同来源的菌株经回接结瘤试验证明为根瘤菌(44株野生大豆根瘤菌),不同来源的根瘤菌株共生固氮能力差异显著,其中4株(3株野生大豆根瘤菌)固氮能力或固氮酶活性较高的根瘤菌株被选出用于进一步的研究。
⑵野生大豆根瘤菌或其共生体系具有较强的固氮能力并能有效利用难溶磷。结果表明,接种野生大豆根瘤菌的共生固氮体系固氮能力和耐低磷能力普遍高于接种耐低磷的模式菌株USDA110及本土的根瘤菌的共生固氮体系;华南地区酸性低磷土壤上,接种混合菌(CW54)显著提高共生固氮体系固氮和利用磷的能力,可以用于田间推广施用。可见,野生大豆根瘤菌可能具有一些特殊的性质,增强共生固氮体系的固氮及利用难溶磷的能力,促进植株生长。
⑶接种高效根瘤菌是发展华南地区酸性缺磷土壤大豆生产的重要措施。田间试验表明,耐酸耐低磷大豆品种接种混合根瘤菌(CW54)后,不仅根瘤固氮能力提高,而且还能显著增加大豆的生物量和产量,改善植株氮、磷营养状况。
⑷难溶磷影响大豆—根瘤菌共生固氮体系固氮、吸收磷、植株的生长及氮磷含量等。结果表明,难溶铝磷(Al-P)容易被大部分共生固氮体系利用;酸性土壤中主要的两种难溶磷(Al-P、Fe-P)可被接种混合根瘤菌(CW54)的共生固氮体系有效利用,表现在植株氮磷含量增加显著,促进大豆生长,增加生物量等方面。说明在华南地区酸性低磷土壤上种植大豆并接种高效根瘤菌可以有效利用土壤中难溶磷,改善土壤环境。
⑸共生固氮体系植株氮磷含量可以表现在大豆植株不同生长指标上,并具有相关性。共生固氮除了以固氮提高大豆的含氮量,促进对磷的吸收利用外,还通过根瘤、根长、根表面积的变化来适应低磷环境,促进植株对磷的吸收,提高含磷量,如水培试验中不同难溶磷条件下的瘤重(鲜重或干重)、根长和根表面积大的共生固氮体系,磷含量也高。说明可以通过测定这些指标判断共生固氮体系的固氮和利用难溶磷的能力。