大豆根瘤菌结瘤作用统计方法的建立及其对接种效果的统计分析

1998年3月March1998

中国油料作物学报

Chinesejournalofoilcropsciences

第20卷第1期Vol.20　No.1

大豆根瘤菌结瘤作用统计方法的建立

及其对接种效果的统计分析

蔡艾君

　(华中农业大学微生物系　武汉　430070)(湖北省农科院　武汉　430064)

　　摘要　利用发光大豆根瘤菌HN01LC02接种大豆黑农39,通过对发光根瘤在大豆根系上的

数量和位置分布进行分析,对根瘤菌的结瘤作用建立了一种新型统计方法,并用这种统计方法分析了不同接种技术对豆科植物结瘤作用和植物生长的影响。

关键词　发光根瘤菌　结瘤作用　统计方法

莫才清　李阜棣

根瘤菌作为一类有益微生物,对农业生产起到了重要作用。根瘤菌接种剂在农业生产实际

中业已应用了近一个世纪[1],我国应用根瘤菌的报道也有近50年的历史[2]。在以往的研究中,根瘤菌的应用效果一般以结瘤数的增加、豆科植物的生长状况及对产量的影响来表示,然而这些最终的效果都是许多因素综合作用的结果。如何针对接种根瘤菌的特征,检查根瘤菌的田间应用效果,根瘤菌的抗性特征、表面抗原特征等都曾被尝试应用,但由于操作繁琐、工作量大,难于广泛应用[3,4]。

对接种根瘤菌赋予某些特异表型标记,如使接种根瘤菌标记上发光或颜色反应基因,可利用标记根瘤菌的发光现象或颜色反应来直接检查根瘤菌的结瘤作用。发光大豆根瘤菌

[5]

通过HN01LC02就是由发光酶基因luxAB引入优良大豆根瘤菌HN01后所得的标记菌株。对发光根瘤菌作用建立特殊的统计方法,可以比较不同接种技术对豆科植物结瘤作用和豆科植物生长的影响。

1　材料和方法

1.1　根瘤菌及其接种方法

所使用的发光根瘤菌为HN01LC02,采用液体拌种,种衣剂接种和草炭菌剂接种技术分别对黑农39大豆进行不灭菌土壤盆栽接种试验。为了便于对接种效果进行分析,实验中加大

了盆栽实验的接种量,使每粒种子活菌数达到约108～109。土壤样品采自华农推广楼试验地,土壤类型为棕壤土。

1.2　豆科植物采样及根系分区

豆科植物在开花期进行采样。根系用水洗净后,垂直向下每隔2cm进行分区,并按主根和侧根分别将0～2cm记为A区(主根)和a区(侧根),2～4cm记为B区(主根)和b区(侧根),依次类推至≥10cm区域记为F区和f区。1.3　根瘤发光活性检测

收稿日期　1997—06—24

课题来源　国家863项目和国家自然科学基金项目,[5]

莫才清等:大豆根瘤菌结瘤作用统计方法的建立及其对接种效果的统计分析67

　　按根系分区分别采集根瘤,检查各根瘤的发光活性,或直接在根系上小心切开根瘤检查根瘤的发光活性[6]。然后,分区进行统计分析。

2　结果与讨论

2.1　统计方法的建立

表1列出了在不灭菌土壤盆栽条件下一株大豆根系上根瘤的分布及发光根瘤的位置。

表1　一株大豆根系上根瘤的分布及发光根瘤的位置(液体菌剂接种)

Table1　　Thenodulesonasoybeanrootsystemandthedistributionofluminescentnodules

根系分区

Subregionofrootsystem

根瘤数Nodulenumbers

发光数Luminescentnodulenumbers

A55

主根　AxialrootB99

C66

D00

E00

F00

a1210

侧根　Axillaryrootb65

c33

d10

e10

f20

由表1可以很方便地得出接种根瘤菌在不同区位上的结瘤作用以及根瘤菌结瘤作用沿根系向下的递减趋势。表1可以改写成如下代数式:

∑=

5/5A+9/9B+6/6C+0/0D+0/0E+0/0F+10/12a+5/6b+3/3c+0/1d+0/1e+

0/2f(1)如果将同一字母(A或a)前的分子与分子相加,分母与分母相加,可以得出A,a区(0～2cm根系区)上的占瘤率;各区位上发光根瘤数相加与总根瘤数相除即得出一株豆科植物根系上发光根瘤菌的占瘤率。

如果将同一接种技术接种处理的几株豆科植物根系上发光根瘤的分区统计结果进行相应叠加(相同字母前的分子与分子相加,分母与分母相加),就可得出不同处理下发光根瘤菌结瘤作用的统计结果。代数式(2),(3),(4)分别为液体接种、种衣剂接种和草炭菌剂接种处理下发光根瘤菌的结瘤作用统计结果(5株根系总和):

∑∑∑

液

=24/24A+32/36B+18/18C+0/1D+0/3F+25/28a+26/36b+15/18c+2/4d+0/3e+0/5f

(2)(3)(4)

衣

=32/41A+24/28B+2/6D+0/2E+0/7F+35/41a+15/18b+9/12c+3/5d+0/6e+0/4f

草

=55/58A+14/16B+4/7C+0/1E+0/2F+60/62a+51/56b+10/17c+5/5d+0/2e+3/4f

2.2　根瘤菌的不同接种技术对结瘤作用的影响

从代数式(2)、(3)、(4)的结果可以看出: 液体接种技术有利于根瘤菌向下运动; 采用种衣剂接种技术,虽然未增加根瘤菌在棕壤中的生存能力,但增加了根瘤菌与种子之间的吸附,所以接种根瘤菌的结瘤作用主要集中在根系形成的早期区位(A,B,a,b区域); 采用草炭菌剂接种根瘤菌,一方面有利于根瘤菌以一定速度生长,另一方面有利根瘤菌被吸附,但限制了接种根瘤菌的结瘤作用(大部分位于A、a和B区域),且形成的发光根瘤数较之其它方法要多。为了更直观表示上述统计结果,我们将上述代数式绘制成柱形图(图1),该柱形图以根

主根和侧根上的发光根瘤。从图1可以直观地看出不同接种技术对豆科植物结瘤作用的影响,在棕壤土栽培条件下,

用草炭接种技术接种的效果要优于其它两种接种技术。

图1　棕壤土中不同接种技术对结瘤部位的影响

Fig.1　　Theeffectsofdifferentinoculatemethodstonodulationdistributioninbrownsoil

　　　注:自左至右分别为液体拌种、种衣剂接种、草炭接种

　　　Note:Fromlefttoright,Theinoculatemethodswereseedmixedwithliquid,coatedseedsinoculation,

peatinoculationrespectively

2.3　不同接种技术对豆科植物生长的影响

从表2可以看出,接种根瘤菌对豆科植物生长的影响是较大的。在棕壤土条件下,应用草炭接种技术进行接种,效果更加明显。

表2　棕壤土中发光根瘤菌的结瘤作用对豆科植物生长的影响

Table2　　TheeffectsofinoculantHN01LC02tosoybeangrowthinbrownsoil

平均根瘤数(个/株)Nodulenumbers(nodules/plant)

　　CK

液体拌种Seedmixedwithliquid种衣剂接种Coatedseedsinoculation草炭接种Peatinoculation　　F　　F0.05

26.50b47.20a33.67ab43.003.93*2.87

发光根瘤数(个/株)Luminescentnodulenumbers(nodules/plant)

1.80c37.23a24.33b37.33a16.31*2.87

地上部鲜重(g/株)Freshweightofupground

parts(g/plant)

6.790b7.055b8.205b10.642a5.534*2.87

　　注:由于不同接种处理大豆栽培于同一塑料盒内,对照结瘤(发光)体现了接种菌有一定水平迁移趋势

　　Note:Becauseofallplantsofdifferenttreatmentssowninonepot,theplantsofCKhadsomeluminescentnodules.

ThatindicatedHN01LC02hadahorizontalmigratorytendency.

3　结论

就作者所查阅的文献来看,本文所介绍的对根瘤菌作用的统计方法在国内国际上均未见报道。这一方法有如下特点: 很容易对根瘤菌的结瘤作用进行统计分析。 不仅可以进行总体占瘤率测定,还可分析不同接种技术对结瘤作用的区位效应。 可以评价不同接种技术对接种效果的影响,以找到针对不同土壤的最佳接种方法。

参考文献

1　ShantharamS.Fieldtestingofgeneticallyengineeredrhizobia.In:PalaciousRetaleds.NewHorizons

innitrogenfixation.KluwerAcademicPublishers,1993.695～7012　陈华癸.草籽绿肥根瘤细菌和人工接种.新科学,1952,3:33～38

3　莫才清,周俊初.Bradyrhizobiumjaponicum工程菌株田间占瘤率的测定.华中农业大学学报,1992,11

(4):405～408

4　杨苏声.酶连免疫吸附技术对大豆根瘤菌的鉴定.微生物通报,1993,20:129～133

5　莫才清,覃雅莉,周俊初等.应用发光酶基因对大豆根瘤菌结瘤作用进行跟踪.微生物学报,1998,待发表6　莫才清,周俊初,李阜棣.含发光酶基因转座质粒载体的遗传改造及向根瘤菌HN01的转座.应用与环境生

物学报,1997,3(3):252～257

Ananalyticalmethodfornodulationfunctionsofsoybeanrhizobiaanditsusingfortheinoculateeffectsanalysis

MoCaiqing　LiFudi

(DepartmentofMicrobiology,HuazhongAgriculturalUniversity,Wuhan430070)

CaiAijun

(HubeiAgriculturalAcademyofScience,Wuhan430064)

Abstract　AluminescentSinorhizobiumfrediiHN01LC02wasusedasinoculanttoinoc-ulatesoybeanHeinong39.Thenumbersandsitedistributionofluminescentnodulesonthesoybeanrootsystemwasanalysedandanewanalyticalmethodfornodulationfunctionsanal-ysiswassetup.Thismethodhasbeenusedforstudyingthenodulationfunctionsandtheef-fectsofsoybeangrowthbydifferentinoculatemethods.

Keywords　Luminescentrhizobia　Nodulationfunctions　Analyticalmethod