張慶昕，朱愛民，張玉霞，王顯國，田永雷，烏英噶,3，寶拉月,3，叢百明

(1.內(nèi)蒙古民族大學(xué)，內(nèi)蒙古 通遼 028041； 2.中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 動(dòng)物科技學(xué)院，北京 100083；3.阿魯科爾沁旗畜牧局，內(nèi)蒙古 赤峰 025500)

紫花苜蓿(Medicagosativa)和雜花苜蓿(Medicagovaria)均屬于苜蓿屬(MedicagoLinn.)植物，多年生豆科牧草，因其具有粗蛋白含量高、適口性好且草質(zhì)優(yōu)良的特點(diǎn)，在世界范圍內(nèi)被廣泛種植，是世界上栽培和利用價(jià)值最高的牧草[1]。給苜蓿接種高效根瘤菌是提高苜蓿產(chǎn)量和品質(zhì)的重要方法之一。苜蓿根瘤菌可以侵染苜蓿根部形成根瘤，將空氣中的氮分子還原成氨態(tài)氮供給寄主植物用以合成蛋白。苜蓿根瘤菌對(duì)寄主有很強(qiáng)的專一性，有效的苜蓿根瘤呈粉紅色，因?yàn)楦鰞?nèi)含有一種植物紅血蛋白，而無效的則呈淺綠色或白色[2-3]。

根瘤菌是一類革蘭陰性菌[4]，這類菌廣泛的分布于土壤中。早在19世紀(jì)，國外諸多學(xué)者已對(duì)根瘤菌的接種進(jìn)行了深入研究，首次用根瘤菌劑在試驗(yàn)中進(jìn)行接種[5-8]。隨后，根瘤菌劑在美國開始商業(yè)化生產(chǎn)，據(jù)統(tǒng)計(jì)美國等少數(shù)國家豆科牧草接種面積甚至超過70%[9-10]。在20世紀(jì)初，有張憲武[11]對(duì)大豆根瘤菌的研究，在20世紀(jì)中葉，豆科根瘤菌在我國開始大面積推廣與應(yīng)用，接種面積約350 hm2，增產(chǎn)10%。隨著苜蓿產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)在自然條件下苜蓿與野生根瘤菌的結(jié)瘤率不高，且多為無效根瘤，尤其在新開墾地區(qū)的第1次種植[12]。Gibson等[13]研究表明，苜蓿在生長期間30%～80%的氮是由生物固氮提供。諸多學(xué)者通過試驗(yàn)證明，人工接種苜蓿根瘤菌比不接種更快速地侵染根部，形成根瘤，結(jié)瘤率增加約80%，產(chǎn)量平均增加30%[14-18]，同時(shí)苜蓿在越冬及下年的返青、株高、分枝(分蘗)數(shù)量及產(chǎn)量上都有顯著優(yōu)勢(shì)，且苜蓿根瘤菌與苜蓿品種之間存在較強(qiáng)的選擇性，有報(bào)道從美國引進(jìn)的根瘤菌株對(duì)幾種中國苜蓿品種的侵染效果很差[19-21]。曾昭海等[22-23]在含氮量較低的土壤環(huán)境下篩選的高效苜蓿根瘤菌，干草產(chǎn)量相比對(duì)照增加12%。喻文虎等[24]對(duì)苜蓿接種根瘤菌的研究表明，接種根瘤菌后土壤中的有機(jī)質(zhì)和速效氮含量比不接種的有較大提高。

我國的苜蓿種類繁多，但卻缺少能與之匹配的優(yōu)良根瘤菌株，所以篩選出高效的苜蓿根瘤菌株是苜蓿產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中必不可少的環(huán)節(jié)。通過在科爾沁沙地對(duì)4個(gè)紫花苜蓿品種和2個(gè)黃花苜蓿品種分別接種不同根瘤菌，與不接種根瘤菌作對(duì)照，探究接種根瘤菌后苜蓿植株及根瘤生長變化，以便篩選出適合本地區(qū)應(yīng)用和種植的根瘤菌苜蓿最佳匹配組合。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)自然概況

試驗(yàn)地設(shè)在內(nèi)蒙古自治區(qū)通遼市阿魯科爾沁旗草原合作社，地理位置E 116°21′～120°58′，N 41°17′～45°24′，溫帶半干旱大陸性氣候。年平均氣溫0～6℃，≥10℃積溫3 000～3 200℃，無霜期140～150 d，年平均降水量350～400 mm，蒸發(fā)量是降水量的5倍，年平均風(fēng)速3.0～4.4 m/s。試驗(yàn)地是新開墾草地，土壤為沙土。

1.2 試驗(yàn)材料

供試紫花苜蓿和雜花苜蓿品種及來源(表1)。

表1 紫花苜蓿及雜花苜蓿品種及來源

1.3 供試菌株及來源

代號(hào)為9、8-3、5-1、18-1、Z12.3的根瘤菌菌株均來自中國農(nóng)業(yè)大學(xué)根瘤菌保存中心。

1.4 接種

通過篩選試驗(yàn)，表明表2中苜蓿-根瘤菌組合苗期生長相對(duì)較好，因此，選擇苜蓿-根瘤菌組合進(jìn)行大田試驗(yàn)。按照苜蓿-根瘤菌組合接種，稱取6個(gè)供試材料的種子(播量22.5 kg/hm2，小區(qū)12 m2)，將包好的種子置入菌液中浸泡30 min(對(duì)照除外)，取出后通風(fēng)陰干，供撒播時(shí)使用。

1.5 試驗(yàn)方法

采用隨機(jī)區(qū)組排列，每小區(qū)面積為3 m×4 m，4個(gè)重復(fù)，共64個(gè)小區(qū)，小區(qū)設(shè)50 cm過道?？茽柷呱车芈┧┓省⑼寥礼け?，苜蓿幼苗固氮能力較弱，為保證其苗期正常生長，施少量氮肥(60 kg/hm2)，后期不施氮肥，所有小區(qū)底肥均施750 kg/hm2安琪有機(jī)肥、300 kg/hm2過磷酸鈣、7 kg/hm2硫酸鉀，2015年8月4日播種，人工撒播，試驗(yàn)地正常管理。

表2 供試品種-根瘤菌接種組合

1.6 測(cè)定項(xiàng)目及方法

地上生物量：10月20號(hào)，每個(gè)小區(qū)齊地刈割地上部分1 m2，測(cè)鮮質(zhì)量，并記錄。同時(shí),統(tǒng)計(jì)每個(gè)樣方供試品種的枝條數(shù)(1 m2)，隨機(jī)取30株測(cè)定株高并記錄。

根瘤調(diào)查：產(chǎn)量測(cè)定同時(shí)，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取10株供試品種，將根挖起，統(tǒng)計(jì)每株根瘤數(shù)，并收集10株根瘤于干燥離心管中帶回實(shí)驗(yàn)室稱總質(zhì)量。

1.7 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)用Microsoft Excel 軟件處理，SPSS 17.0軟件進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同苜蓿品種接種不同根瘤菌的株高比較

不同苜蓿品種接種不同根瘤菌與對(duì)照之間株高的變化差異不同(圖1)。肇東-(9)組合苜蓿植株高度顯著高于對(duì)照，較對(duì)照高2.75 cm，肇東-(18-1)組合苜蓿植株高度較對(duì)照無顯著性差異；農(nóng)菁8號(hào)-(8-3)組合苜蓿植株高度較對(duì)照增加1.85 cm；東苜1號(hào)-(5-1)組合苜蓿植株高度為34.03 cm，較對(duì)照顯著增加，增幅為6.9%；草原2號(hào)-(9)和草原2號(hào)-(18-1)苜蓿根瘤菌組合植株高度與對(duì)照均差異不顯著(P<0.05)，草原2號(hào)-(8-3)組合苜蓿植株高度顯著低于對(duì)照，株高降低7.1%；草原3號(hào)-(5-1)組合苜蓿植株高度顯著高于對(duì)照，較對(duì)照增高4.88 cm；公農(nóng)1號(hào)-(18-1)組合苜蓿植株高度為35.65 cm，顯著高于對(duì)照，公農(nóng)1號(hào)-(Z12.3)苜蓿植株高度與對(duì)照差異不顯著性(P<0.05)。

2.2 不同苜蓿品種接種不同根瘤菌的根瘤重比較

不同苜蓿品種接種不同根瘤菌與對(duì)照相比根瘤重均有差異(圖2)。肇東-(18-1)和肇東-(9)兩組合苜蓿有效根瘤重較對(duì)照均差異不顯著(P<0.05)；農(nóng)菁8號(hào)-(8-3)組合10株苜蓿有效根瘤重為0.297 g，顯著高于對(duì)照，增幅為43.1%；草原2號(hào)-(9)、草原2號(hào)-(8-3)和草原2號(hào)-(18-1)各組合10株苜蓿根瘤重分別為0.223 g，0.205 g和0.261 g，較對(duì)照均顯著降低，降低幅度分別為26.0%，31.8%和13.3%；東苜1號(hào)-(5-1)組合10株苜蓿根瘤重為0.167 g，較對(duì)照降低56.7%，變化差異顯著；草原3號(hào)-(5-1)組合10株苜蓿根瘤重為0.23 g，顯著高于對(duì)照；公農(nóng)1號(hào)-(Z12.3)和公農(nóng)1號(hào)-(18-1)兩組合10株苜蓿根瘤重分別為0.228 g、0.213 g，均顯著低于對(duì)照，分別減少16.5%和22.0%。

圖2 不同苜蓿品種接種根瘤菌的根瘤重Fig.2 Comparison of nodule weight of different alfalfa varieties inoculated with different rhizobium

2.3 不同苜蓿品種接種不同根瘤菌的根瘤數(shù)比較

不同苜蓿品種接種不同根瘤菌與對(duì)照相比單株根瘤數(shù)變化不同(圖3)。肇東-(18-1)和肇東-(9)兩組合苜蓿單株根瘤數(shù)分別是10.7、10.1個(gè)/株，顯著高于對(duì)照，增幅分別為22.0%、15.2%；農(nóng)菁8號(hào)-(8-3)組合苜蓿單株根瘤數(shù)較對(duì)照增加不顯著；東苜1號(hào)-(5-1)組合苜蓿單株根瘤數(shù)為8.68個(gè)，較對(duì)照顯著減少，平均單株減少36.4%；草原2號(hào)-(8-3)和草原2號(hào)-(18-1)兩組合苜蓿單株根瘤數(shù)與對(duì)照相比差異不顯著(P<0.05)，草原2號(hào)-(9)組合苜蓿單株根瘤數(shù)為11.2個(gè)/株，較對(duì)照顯著降低。草原3號(hào)-(5-1)組合苜蓿單株根瘤數(shù)為13.95個(gè)/株，顯著高于對(duì)照，增幅達(dá)到21.8%；公農(nóng)1號(hào)-(Z12.3)和公農(nóng)1號(hào)-(18-1)兩組合根瘤數(shù)分別是11.83、10.03個(gè)/株，均顯著低于對(duì)照，分別減少17.2%、29.8%。

2.4 不同苜蓿品種接種不同根瘤菌的枝條數(shù)比較

不同苜蓿品種接種不同根瘤菌與對(duì)照比較單位面積枝條數(shù)變化較大(圖4)。肇東-(9)組合枝條數(shù)為527.3枝/m2，而對(duì)照單位面積苜蓿枝條數(shù)為625.2枝/m2，差異顯著(P<0.05)，肇東-(18-1)組合枝條數(shù)與對(duì)照相比差異不顯著(P<0.05)；農(nóng)菁8號(hào)-(8-3)組合枝條數(shù)為705.0枝/m2，顯著低于對(duì)照，較對(duì)照減少11.7%；草原2號(hào)-(9)組合枝條數(shù)為600.6枝/m2，顯著低于對(duì)照，草原2號(hào)-(8-3)和草原2號(hào)-(18-1)兩組合枝條數(shù)較對(duì)照高，分別是660.6和686.1枝/m2，但未達(dá)到顯著水平；東苜1號(hào)-(5-1)組合枝條數(shù)為678.5枝/m2，增加幅度9.8%，差異顯著；公農(nóng)1號(hào)-(18-1)組合枝條數(shù)為670.8枝/m2，顯著高于對(duì)照，公農(nóng)1號(hào)-(Z12.3)組合枝條數(shù)與對(duì)照差異不顯著；草原3號(hào)-(5-1)組合枝條數(shù)為798.6，與對(duì)照相比顯著增加，增加幅度8.9%。

2.5 不同苜蓿品種接種不同根瘤菌與對(duì)照之間干草產(chǎn)量的比較

不同苜蓿品種接種根瘤菌與對(duì)照相比干草產(chǎn)量具有差異(圖5)。肇東-CK干草產(chǎn)量為2 682.23 kg/hm2，與對(duì)照相比肇東-(18-1)組合苜蓿干草產(chǎn)量顯著降低，降幅達(dá)15.6%，肇東-(9)組合苜蓿干草產(chǎn)量較對(duì)照亦減少，但差異不顯著(P<0.05)；農(nóng)菁8號(hào)-(8-3)組合苜蓿干草產(chǎn)量為2 645.01 kg/hm2，較對(duì)照無顯著變化；東苜1號(hào)-(5-1)組合苜蓿干草產(chǎn)量也與對(duì)照差異不顯著；草原2號(hào)-(18-1)組合苜蓿干草產(chǎn)量為2 749.07 kg/hm2，較對(duì)照顯著增加，增幅為19.1%，草原2號(hào)-(9)和草原2號(hào)-(8-3)兩組合苜蓿干草產(chǎn)量較對(duì)照變化均未達(dá)到顯著水平；草原3號(hào)-(5-1)組合苜蓿干草產(chǎn)量為2 389.06 kg/hm2，與對(duì)照相比差異不顯著；公農(nóng)1號(hào)-(18-1)組合苜蓿干草產(chǎn)量為2 684.54 kg/hm2，與對(duì)照相比顯著增加，增幅為13.5%，公農(nóng)1號(hào)-(z12.3)組合苜蓿干草產(chǎn)量為2 428.28 kg/hm2，較對(duì)照增加不顯著。說明草原2號(hào)-(18-1)和公農(nóng)1號(hào)-(18-1)組合較其他組合具有明顯優(yōu)勢(shì)。

圖3 不同苜蓿品種接種根瘤菌與對(duì)照的根瘤數(shù)的比較Fig.3 Comparison of nodule number of different alfalfa varieties inoculated with different rhizobium

圖4 不同苜蓿品種接種根瘤菌與對(duì)照的單位面積枝條數(shù)比較Fig.4 Comparison of the number of branches of different alfalfa varieties inoculated with different rhizobium

3 討論

苜蓿根瘤菌共生體系的一個(gè)重要特性是寄主專一性[26]。即每種根瘤菌只能在特定種類的豆科植物上結(jié)瘤。同樣，每種豆科植物只能被特定的根瘤菌侵染，苜蓿根瘤菌的寄主專一性很強(qiáng)。試驗(yàn)表明，同一品種苜蓿接種不同根瘤菌其對(duì)苜蓿生長特性和根瘤生長狀況影響不同，肇東-(9)組合的株高顯著高于對(duì)照，干草產(chǎn)量較對(duì)照變化不明顯，而肇東-(18-1)組合株高較對(duì)照則無明顯變化，但干草產(chǎn)量較對(duì)照顯著減少15.6%，呈負(fù)增長，這與楊建等[27]研究結(jié)果相同。試驗(yàn)中，草原2號(hào)-(18-1)和公農(nóng)1號(hào)(18-1)兩組合干草產(chǎn)量較對(duì)照顯著增加，增幅分別達(dá)19.1%、13.5%。表明同種苜蓿接種不同種根瘤菌，不同品種苜蓿接種相同根瘤菌效果不同[28]。

國內(nèi)外研究表明，豆科牧草接種根瘤菌可有效提高豆科牧草產(chǎn)量和品質(zhì)[29-31]。試驗(yàn)表明，根瘤數(shù)和根瘤重增加的根瘤菌苜蓿匹配組合，其干草產(chǎn)量不一定顯著增加，草原2號(hào)-(18-1)和公農(nóng)1號(hào)-(18-1)兩組合苜蓿根瘤數(shù)和根瘤重較其對(duì)照均減少，但干草產(chǎn)量均較對(duì)照顯著增加；農(nóng)菁8號(hào)-(8-3)和草原3號(hào)-(5-1)兩匹配組合苜蓿根瘤數(shù)、根瘤重較其對(duì)照均顯著增加，但干草產(chǎn)量均較對(duì)照變化不明顯；說明苜蓿根瘤數(shù)、根瘤重與苜蓿干草產(chǎn)量沒有必然相關(guān)性。云錦鳳等[10]研究結(jié)果表明，苜蓿根瘤菌菌株對(duì)苜蓿品種是有選擇的，同一苜蓿品種分別用幾株菌株接種和不同苜蓿品種接種相同根瘤菌，會(huì)出現(xiàn)不同的共生效果，彼此間差異較大，對(duì)其根瘤的生長影響也不盡相同。不同苜蓿品種接種不同根瘤菌后多數(shù)匹配組合苜蓿單位面積枝條數(shù)均呈增加趨勢(shì)，但也有少數(shù)單位面積苜蓿枝條數(shù)減少，如肇東-(9)、農(nóng)菁8-(8-3)、草原2號(hào)-(9)?？赡苁且?yàn)檐俎Ｆ贩N與根瘤菌株的共生不匹配造成。

圖5 不同品種苜蓿接種不同根瘤菌與對(duì)照的干草產(chǎn)量比較Fig.5 Comparison of hay yield of different alfalfa varieties inoculated with different rhizobium

4 結(jié)論

草原2號(hào)-(18-1)和公農(nóng)1號(hào)(18-1)兩組干草產(chǎn)量分別是2 749.07、2 684.54 kg/hm2，較其他組合干草產(chǎn)量高，具有明顯優(yōu)勢(shì)，適合在科爾沁地區(qū)推廣應(yīng)用。