豆科不同作物结瘤特性

陈玺同，翟羽佳，张靖霄，张玥，蔡若楠，李晓雪，张光祥，韩冬伟，付学鹏

豆科不同作物结瘤特性

陈玺同1，翟羽佳1，张靖霄1，张玥1，蔡若楠1，李晓雪1，张光祥1，韩冬伟2，付学鹏1

（1. 齐齐哈尔大学 生命科学与农林学院，黑龙江 齐齐哈尔 161006；2. 黑龙江省农业科学院齐齐哈尔分院，黑龙江 齐齐哈尔 161006）

以“齐农33号”大豆、红芸豆、“齐农绿1号”绿豆、双色豆、黑肾豆、雀蛋豆和“澳洲红玉”豌豆为研究对象，调查其结瘤特性．结果表明，“澳洲红玉”豌豆在播种后20 d即结瘤，其它6种作物在30 d后结瘤．红芸豆、黑肾豆、“澳洲红玉”豌豆的结瘤多，显著多于其它4种作物．“齐农33号”大豆、“齐农绿1号”绿豆和“澳洲红玉”豌豆的根瘤较大，平均直径为2.65～2.96 cm，显著大于其它作物．根瘤的表面颜色以黄色或淡黄色为主，多为球形；而“澳洲红玉”豌豆的根瘤则为乳白色，长枣状或其它形状．根瘤开始形成时多聚集于主根上部，后在主根中部及侧根也有分布．

豆科作物；结瘤时间；结瘤数；结瘤部位

豆科植物能够与根瘤菌共生形成根瘤，根瘤菌可以固氮，使作物增产，如大豆施用含根瘤菌、固氮菌的复合菌剂可使大豆增产36.1%[1]，减施50%氮肥并接种根瘤菌能增产7.77%[2]．不仅如此，根瘤菌还在土壤改良和农业可持续发展等方面发挥重要作用[3]104．目前，人们对根瘤的形成机理、根瘤菌与豆科植物互作等方面研究得比较深入[4-6]，但是由于根瘤菌和豆科植物的多样性，以及根瘤菌与不同豆科植物宿主的匹配性不同，根瘤菌在农业生产上的应用研究还需要更深入[3]103．特别值得注意的是，在农业生产上施用根瘤菌剂接种豆科作物时，选择什么时期接种更有利于作物结瘤，不同豆科作物结瘤的数量、根瘤的大小、根瘤的部位是怎样的，这些问题的解决将为根瘤菌剂的施用提供理论依据．本文以“齐农33号”大豆、红芸豆、“齐农绿1号”绿豆、双色豆、黑肾豆、雀蛋豆和“澳洲红玉”豌豆为研究对象，探索它们在播种后不同时间（10，20，30，40，50，60 d）根系的根瘤数量、颜色、大小、结瘤部位等形态学特征，以期明确这7种豆科作物的结瘤特性，为根瘤菌剂的开发和施用提供理论参考．

1　材料与方法

1.1　实验材料

“齐农33号”大豆、红芸豆、“齐农绿1号”绿豆（黑龙江省农业科学院齐齐哈尔分院）；雀蛋豆、黑肾豆、双色豆、“澳洲红玉”豌豆（京东商城）．

土壤（齐齐哈尔市富拉尔基区田土，其基本理化性质为：有机质含量23.23 g/kg，碱解氮含量293 mg/kg，有效磷含量238.58 mg/kg，速效钾含量93.21 mg/kg，pH7.23，电导率1.31 mS/cm）．土壤过筛（4目），去掉大颗粒土壤和杂质，装盆前充分混合均匀；塑料花盆（10 cm×15 cm）．盆栽实验在齐齐哈尔大学温室中完成．

1.2　实验方法

将7种作物的种子分别播种于每个盛满土的盆中，每种作物种植18盆，每盆播种7粒．从播种之日算起，每隔10 d取样观察根瘤情况，每次每种作物观察3盆，共观察6次．在取样时，为了防止根系被破坏，先用流水冲掉根系上面的土，小心去除根系上附着的草屑等杂质，之后用清水清洗数次，至根系完全清洗干净，记录根瘤的数量、颜色、结瘤部位等，用游标卡尺（得力DL91150）测量根瘤的直径（“十字”交叉法）．使用Microsoft Excel 2010对数据进行汇总，采用SPSS 16.0（SPSS Inc，USA）软件对不同处理间的差异显著性进行one-way ANOVA分析，检验水平为≤0.5．

2　结果与分析

2.1　根瘤数量

7种豆科作物播种不同时间后结瘤数量情况见表1．由表1可见，在7种豆科作物中，“齐农33号”大豆、红芸豆、“齐农绿1号”绿豆、双色豆、黑肾豆、雀蛋豆6种作物在播种30 d后出现根系结瘤，并且每种作物都是随着时间的延长，结瘤数量增加．其中“齐农33号”大豆、“齐农绿1号”绿豆、双色豆和雀蛋豆结瘤较少，播种60 d后根系结瘤数平均值分别为6，5.6，6.8，3.8个/株．红芸豆和黑肾豆结瘤数在播种50 d后显著增加，到60 d时分别达到24.3，59.5个/株．与前6种作物不同的是，“澳洲红玉”豌豆在播种20 d后观察到根系结瘤，从30 d开始，结瘤数量开始迅速增加，到60 d时达到58.9个/株．结果表明，不同豆科作物的结瘤情况有一些共性，如大部分作物结瘤大约从播种30 d左右开始，并且随着时间的延长，结瘤数量呈增长的趋势．非共性的特点为，有些豆科作物结瘤较早（“澳洲红玉”豌豆），从大约播种后20 d开始．

表1　7种豆科作物播种不同时间后结瘤数量（平均值） 个·株-1

2.2　根瘤大小分析

7种豆科作物播种不同时间后根瘤大小见表2．由表2可见，在开始结瘤后，根瘤不断增大．在60 d时，根瘤平均直径超过2 mm的作物为“齐农33号”大豆、“齐农绿1号”绿豆、“澳洲红玉”豌豆；红芸豆、双色豆、黑肾豆、雀蛋豆4种作物的根瘤平均直径在1～2 mm之间．

表2　7种豆科作物播种不同时间后根瘤大小 mm

注：“-”表示无此项．下同．

2.3　根瘤颜色、形状及在根系上的分布

7种豆科作物根瘤颜色、形状及在根系上的分布情况见表3．由表3可见，“澳洲红玉”豌豆的根瘤为乳白色，其它6种作物的颜色主要以黄色、淡黄色为主．“澳洲红玉”豌豆的根瘤如长枣状，其它6种作物的根瘤形状主要为椭球形和球形．从位置上看，7种豆科作物的根瘤都是先出现在主根的上部，较为集中；随着时间的延长，主根中部及侧根上也开始长出根瘤，分布较为分散．

表3　7种豆科作物根瘤颜色、形状及在根系上的分布

3　讨论

明确豆科作物结瘤习性和结瘤时间可为根瘤菌剂的开发与施用提供理论参考．豆科作物结瘤需要时间，有研究表明，花生播种时，播种后6 d接种根瘤菌，花生根系根瘤的数量要显著高于第11天接种和未接种根瘤菌的花生[7]．以木麻黄为例，人工接种根瘤菌15 d后，根瘤原基转变为前根瘤，24 d后形成新根瘤[8]．本文发现，在自然条件下，“澳洲红玉”豌豆在播种20 d时就开始结瘤，其它6种作物在播种后30 d左右才开始结瘤．“澳洲红玉”豌豆结瘤时间比其它6种作物早，可能与其发芽快、生长快有关．因为在播种后10 d，其它6种作物幼苗刚出土，而“澳洲红玉”豌豆幼苗已经有2～3片以上真叶．前人研究结果也表明，作物的结瘤量与生长指标呈显著相关性[9]9．从同一种作物结瘤时间看，在调查的60 d内，随着时间的延长，根瘤数量越来越多，根瘤越长越大．

根系结瘤数量的多少可能和土壤中的根瘤菌种类以及豆科作物种类有关，如高运来[10]等筛选的HH103，HR001，HR002三个根瘤菌菌株对不同基因型大豆的结瘤具有影响，同样是大豆“东农豆252”，施用这3种根瘤菌30 d后，根瘤数量分别为58，41，105个/株；并且HH103菌株对野生大豆“ZYD00006”的结瘤数仅为8.6个/株，和本文中“齐农33号”大豆60 d时根瘤数相似．除此之外，其它基因型大豆、紫云英都表现出根瘤菌与宿主的特异共生匹配性[11-12]．Zou[13]等已经鉴定出大豆结瘤相关的候选基因，．这些结果也说明，施用根瘤菌剂可以提高豆科作物的结瘤，但是匹配不同基因型大豆的根瘤菌是不同的．因此，在农业生产上，需要分离更多的、匹配不同种类豆科作物的根瘤菌，开发出适合不同作物的根瘤菌剂．

成熟根瘤的形状主要依宿主植物品种而异．本文中，“澳洲红玉”豌豆根瘤的形状为长枣状或其它形状，其它6种作物的形状主要为椭球形或球形．孙志蓉[9]等研究表明，小叶锦鸡儿播种苗的根瘤形状各异，多为棒状．根瘤在根系上的分布也有一些共性，本文中，7种作物在生长初期，根瘤主要分布在主根的上部，聚集；随着生长的进行，在主根中部及侧根上也开始出现根瘤．孙志蓉[9]等研究表明，小叶锦鸡儿播种苗随着生长时间的延长，主根上的根瘤数量逐渐减少，而侧根上的根瘤数量则不断增加，这说明豆科植物结瘤部位是先主根，后侧根．

7种豆科作物的根瘤大小随着时间的延长而长大，在播种60 d后，“齐农33号”大豆、“齐农绿1号”绿豆、“澳洲红玉”豌豆的根瘤平均直径都大于2.5 mm，而其它4种作物根瘤平均直径小于2 mm．“齐农33号”大豆和“齐农绿1号”绿豆根瘤很少，根瘤大，表现出呈负相关；“澳洲红玉”豌豆的根瘤较大，并且数量也多，表现出正相关性；雀蛋豆根瘤很小，数量也很少，表现出正相关性；黑肾豆根瘤很小，但数量很多，表现出负相关性．因此，总体看，根瘤的大小与数量没有呈现规律性的相关性变化，根瘤大小可能和作物种类及根瘤菌产赤霉素有关[14-15]．

本文揭示了7种常见豆科作物的结瘤时间、结瘤数量、结瘤部位、根瘤表面颜色及根瘤大小等特性，研究结果将对不同豆科作物根瘤菌的分离及根瘤菌在豆科作物上的应用提供理论指导．

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Nodulation characteristics of leguminous different crops

CHEN Xitong1，ZHAI Yujia1，ZHANG Jingxiao1，ZHANG Yue1，CAI Ruonan1，LI Xiaoxue1，ZHANG Guangxiang1，HAN Dongwei2，FU Xuepeng1

（1. School of Life Sciences，Agriculture and Forestry，Qiqihar University，Qiqihar 161006，China；2. Qiqihar Branch Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences，Qiqihar 161006，China）

Qinong 33 soybean，Red kidney bean，Qinonglü 1 mung bean，Bicolor bean，Black kidney bean，Bird egg bean and Aaozhouhongyu pea were taken as the research objects to explore their characteristics of nodulation．The results showed that Aozhouhongyu peas nodulated 20 days after sowing，while the other six crops nodulated 30 days after sowing．Red kidney beans，Black kidney beans and Aozhouhongyu peas have more nodules than the other four crops．Qinong 33 soybean，Qinonglü 1 mung bean and Aozhouhongyu peas have larger root nodules than the other crops，and the average diameter is 2.65～2.96 cm．The surface color of nodule is mainly yellow or light yellow，and mostly spherical．The root nodules of Aozhouhongyu peas are milky white，long jujube shaped or other shapes．Nodules began to form in the upper part of the main root，and later in the middle part of the main root and lateral roots．

leguminous crops；time of nodulation；number of nodulation；site of nodulation

1007-9831（2023）01-0051-04

Q945

A

10.3969/j.issn.1007-9831.2023.01.011

2022-09-15

黑龙江省大学生创新创业训练计划项目（S202210232111，x202210232071）

陈玺同（2003-）男，黑龙江哈尔滨人，在读本科生．E-mail：1506117415@qq.com

付学鹏（1979-），男，山东临沂人，副教授，博士，从事微生物资源开发与利用研究．E-mail：02383@qqhru.edu.cn