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菜豆(Phaseolus vulgaris)一年生草本植物,属食用类豆科植物,又名四季豆、芸豆、扁豆等。起源于中、南美洲,中国是菜豆的次级起源中心,15世纪引入后又传至日本,现广泛分布于世界各地,从接近海平面到海拔3000米,年降雨量在500~1800 mm的地区均有栽培。菜豆是最重要的食用豆类和植物蛋白质来源之一,有着丰富的营养价值,是世界范围内重要的经济作物,很多国家甚至将菜豆作为主食食用,总产量几乎占全球食用豆类产量的50%。同时对世界各个地区的人类繁衍生存和膳食结构调节贡献了巨大的作用。但是作为被广泛引种栽培的作物,菜豆是如何在各种不同生态环境下找到相匹配的根瘤菌并很快建立共生关系还没有研究涉及,对与菜豆共生根瘤菌的多样性和物种丰富度与生态环境间的相关性也亟待研究。针对以上问题,本试验对N31°~N39°不同纬度的13个生态地区194株菜豆根瘤分离的细菌,先进行原宿主回接,然后进行遗传型分析(所有供试菌株16S r DNA PCR-RFLP,代表菌株16S r DNA、rec A、atp D、glnⅡ、nod C、nif H基因全序列测定分析及rec A-atp D-glnⅡ的MLSA串联序列分析),并研究菜豆根瘤菌多样性与地理因子、土壤因子和气候因子等生态环境因子之间的关系,主要结论如下:1.20种不同基因型的代表菌株中有16种基因型的代表菌株回接到了原宿主植物菜豆上。结瘤最多的植株有67个根瘤,最少的1个,平均结瘤11个。根瘤均着生在宿主植物的侧根、须根上。根瘤为球状或短棒状,大小约0.4 cm。颜色多为白色和粉色。2.根据16S r DNA PCR-RFLP及16S r DNA和rec A-atp D-glnⅡ基因的MLSA序列分析结果,194株供试菌株分别位于Agrobacterium、Sinorhizobium、Rhizobium、Bradyrhizobium和Ochrobactrum 5个属中,对应A.radiobacter、R.phaseoli、S.adhaerens、S.fredii、S.kummerowiae、R.vallis、R.giardinii、R.yanglingense、R.leguminosarum、B.liaoningense和O.anthropic 11个种,表现出了丰富的多样性。其中R.phaseoli占52.58%,A.radiobacter占23.71%,S.fredii占4.43%,R.leguminosarum占3.09%,其他种的比例则比较小(0.52~1.03%),而且呈现一定的地域分布差异性。S.adhaerens、S.kummerowiae、B.liaoningense、R.vallis主要分布于关中地区(N34°);R.giardinii、R.yanglingense主要分布于陕北地区(N37°);O.anthropic主要分布于陕北地区(N35°);R.leguminosarum主要分布于低纬度的陕南地区(N32°~N33°);S.fredii主要分布于关中地区和陕北地区(N34°~N37°);A.radiobacter、R.phaseoli普遍分布于陕北至陕南的各个地区(N32°~N38°),但处于不同纬度生态区域的同一个种其基因型存在差异。3.nod C全序列分析表明,供试菌株分别位于Rhizobium和Sinorhizobium 2个属中,其中,Rhizobium属的菌株比例最高,有10种不同的基因型,但均与R.vallis和R.phaseoli两个种聚在了一起,Sinorhizobium属有5种基因型,均与S.fredii的相似性最高,表明它们的nod C基因亲缘关系最近,推测Rhizobium属根瘤菌可能通过基因横向转移获得来自R.vallis或R.phaseoli的质粒,进而nod C基因发生分化突变以适应不同环境。Sinorhizobium属根瘤菌通过基因横向转移其nod C基因均来自S.fredii的共生质粒,通过协同进化方式逐渐适应外界环境。nod C基因的系统发育树与rec A-atp D-glnⅡ串联基因的MLSA的系统发育树存在差异,推测菜豆根瘤菌的结瘤基因nod C在属间和种间存在横向转移现象。4.nif H全序列分析表明,菜豆根瘤菌的nif H基因位于Rhizobium和Sinorhizobium 2个属的系统发育分支上。其系统发育地位与rec A-atp D-glnⅡ基因的MLSA的系统发育树也存在差异,说明菜豆根瘤菌的固氮基因nif H也存在属间和种间的横向转移现象。5.对不同纬度13个生态地区菜豆根瘤菌的多样性、物种丰富度与生态环境因子的相关性分析表明,地理因子、土壤理化因子、气候因子以及耕作制度等对根瘤菌的多样性指数和物种丰富度都有不同程度的影响。对于不同纬度多样性指数的影响表现为,Shannon-Wiener指数和Simpson指数与土壤剖面构型和采样月降水量显著相关,丰富度指数(Richness)与经度、土壤剖面构型、地下水位显著相关,均匀度指数(Evenness)与海拔、土种、土壤剖面构型和熟制、常年有效积温、20 cm处的耕层地温、采样月平均温度、采样月平均相对湿度、采样月日照时数呈显著相关。对于根瘤菌物种丰富度在不同生态环境中的影响表现为,地下水位(Gl)、有效P和有效K与S.fredii和S.adhaerens的分布存在很强正相关性,而与R.phaseoli的分布存在很强的负相关性,与B.liaoningense、O.anthropic和R.vallis的分布几乎没有相关性,经度(Longitude)与A.radiobacter和R.leguminosarum的分布存在很强烈的正相关性,与S.kummerowiae、B.liaoningense、O.anthropic和R.vallis存在很强的负相关性。耕层厚度(Tpl)与A.radiobacter和R.leguminosarum的分布存在很强烈的负相关性,而与S.kummerowiae、B.liaoningense、O.anthropic和R.vallis存在很强的正相关性。其他环境因子对根瘤菌物种丰富度生物地理分布没有显著贡献。总的来说,环境因子对于陕西经济作物菜豆根瘤菌在地域上的分布影响很大,所有环境因子联合解释的方差百分比为82.35%,其中地理因子解释的方差百分比为34.03%,影响最大。