外源物质对苜蓿内生根瘤菌运移定殖的影响研究

来源 :甘肃农业大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:onlylisong
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根瘤菌与豆科植物的共生固氮作用不仅具有巨大的经济和生态效益,在农业生产中,通过人工接种根瘤菌来促进植物生长和提高子实和营养体产量也成为一种常见的农业措施。种子及植株体内的根瘤菌属于内生细菌范畴,研究发现苜蓿种子有内生根瘤菌存在,且比土著根瘤菌有明显的的结瘤竞争优势。当种子萌发后胚根首先接触种子内部的根瘤菌即“内生根瘤菌”,然后才接触到“土著根瘤菌”。但目前对种子内生根瘤菌的来源及形成过程,或根瘤菌在苜蓿植株体内运移进入种子的途径和影响根瘤菌在植株体内及种子内定殖的外源扰动物质等研究较少。本研究以甘农5号紫花苜蓿(Medicago sative L.Gannong No.5)为试验材料,利用分离自甘农5号紫花苜蓿种子内的根瘤菌制成的荧光标记根瘤菌Ensifer meliloti LZgn5f(gn5f)(內源荧光标记根瘤菌)和购自中国科学院微生物保藏中心的苜蓿根瘤菌标准菌制成的荧光标记根瘤菌(Ensifer meliloti 12531f(12531f)(外源荧光标记根瘤菌),通过接种幼苗期苜蓿筛选出硼、赤霉素和苦参碱三种外源扰动物质的适宜浓度,然后采用不同接种方法接种生殖生长期的苜蓿,对内源根瘤菌和外源根瘤菌在植株体内的运移途径及定殖动态的影响进行研究,取得了如下结果:(1)荧光标记根瘤菌菌液内添加0、0.01、0.5、1、10和100 mg L-1硼后接种苜蓿幼苗发现适宜浓度硼对幼苗体内根瘤菌运移、定殖具有促进作用。其中添加1 mg L-1硼较利于12531f生长,100 mg L-1硼较利于gn5f生长。两种荧光标记根瘤菌在根部定殖数量较多,其中添加100 mg L-1硼时根部12531f数量最高可达2184.99 cfu g-1;添加0.5 mg L-1硼时gn5f数量最高可达58307.11 cfu g-1。同时可向地上运移,1 mg L-1硼对12531f在下部茎和下部叶内的定殖作用最好,定殖数量分别为62.74 cfu g-1和23.38 cfu g-1(P<0.05);100 mg L-1硼利于gn5f在下部茎内定殖,最高定殖数量为57.55 cfu g-1(P<0.05)。对照处理苗各组织未检测到两种荧光标记根瘤菌。12531f和gn5f分别添加1mg L-1和100 mg L-1硼接种苜蓿幼苗后单株结瘤数、单株根瘤重、地上鲜重干重、根鲜干重均达最高。(2)荧光标记根瘤菌菌液内添加0、0.5、1、10和100 mg L-1赤霉素后接种苜蓿幼苗发现适宜浓度赤霉素对幼苗体内根瘤菌运移、定殖具有促进作用。10 mg L-1赤霉素较好的促进了12531f运移并定殖到苜蓿幼苗的下部茎、上部茎和上部叶内,最高定殖数量分别为54.72 cfu g-1、16.72 cfu g-1和95.91 cfu g-1(P<0.05);1 mg L-1赤霉素较好的促进了gn5f运移并定殖到下部茎和下部叶内,定殖数量分别为52.08 cfu g-1和321.40 cfu g-1(P<0.05)。以无菌水为对照的各组织内未检测到两种荧光标记根瘤菌。12531f和gn5f分别添加10 mg L-1和1 mg L-1赤霉素接种苜蓿幼苗后单株结瘤数、单株根瘤重、地上鲜重干重、根鲜干重均达最高。(3)荧光标记根瘤菌菌液内添加0、100、200、300和400 mg L-1苦参碱后接种苜蓿幼苗发现适宜浓度苦参碱对幼苗体内根瘤菌运移、定殖具有促进作用。300 mg L-1苦参碱对12531f运移并定殖到苜蓿幼苗下部茎和上部茎内的作用最好,定殖数量分别为1.18×104 cfu g-1和3.03×102 cfu g-1(P<0.05);100 mg L-1苦参碱对gn5f运移并定殖到下部茎内的作用最好,定殖数量为9.00×103 cfu g-1(P<0.05)。以无菌水为对照的各组织内未检测到两种荧光标记根瘤菌。12531f和gn5f分别添加300 mg L-1和100 mg L-1苦参碱接种苜蓿幼苗后单株结瘤数、单株根瘤重、地上鲜重干重、根鲜干重均达最高。(4)生殖生长期苜蓿采用根部浇灌、主根微破损浇灌、花部喷射、添加苦参碱的菌液根部浇灌接种方法接种时,两种荧光标记根瘤菌主要运移并定殖于毛根内,而侧根中柱和侧根皮层内数量较少。对照各组织内检测不到。在地上各组织内,蕾期主要运移并定殖于茎和叶内,花期主要运移并定殖于花器内,结荚期则主要运移并定殖于荚果皮内。若采用添加外源扰动物质结合接种方法,各部位定殖数量的则变化较大——蕾期,添加苦参碱接种12531f可促进其运移并定殖到茎内,根部浇灌接种gn5f可使其运移并定殖于茎和叶内。花期,花部喷射接种12531f利于在花器和种子内运移并定殖,苦参碱接种gn5f促进其在花器及荚果内定殖;结荚期,浇灌接种12531f利于其运移至种子并定殖,添加苦参碱接种gn5f促进其运移并定殖于种子。(5)花期和结荚期添加不同外源扰动物质(硼、赤霉素和苦参碱)根部和花部接种时发现,花期,添加1 mg L-1硼花部喷射接种12531f最利于其向种子内运移并定殖,定殖数量为5.33 cfu g-1(P<0.05)。未添加元素的单独花部喷射接种gn5f最利于其在荚果皮和种子内定殖,定殖数量分别为2.67 cfu g-1和1.33 cfu g-1(P<0.05)。结荚期,添加1 mg L-1硼的荚果皮喷射接种12531f后其在荚果皮和种子内定殖数量最高,分别为25.33 cfu g-1和7.01 cfu g-1;添加100 mg L-1硼的荚果皮喷射接种gn5f后其在荚果皮和种子内定殖数量最高,分别为36.67 cfu g-1和22.00 cfu g-1。综合花器和种子内两种荧光标记根瘤菌的定殖情况,两种荧光标记根瘤菌的适宜接种时期为结荚期,适宜的接种方法为添加硼的荚果皮喷射接种。(6)以甘农5号紫花苜蓿种子为试验材料(结荚期用3种根部接种方法(主根微破损浇灌、根部浇灌、添加苦参碱浇灌)接种两种荧光标记根瘤菌Ensifer meliloti LZgn5f(gn5f)和Ensifer meliloti 12531f(12531f),同时根部浇灌无菌蒸馏水获得的种子,采用信封、信封+布袋、铝箔三种包装材料,分别在25℃、25℃硅胶干燥、-4℃和4℃条件下贮藏6个月后,检测种子内根瘤菌的定殖数量。发现接种gn5f获得的种子在-4℃贮藏时可提高种子内根瘤菌的定殖数量;接种12531f获得的种子在25℃干燥贮藏时可提高种子内根瘤菌的定殖数量。接种相同目标根瘤菌获得的种子以25℃干燥和-4℃贮藏时内根瘤菌数量高于25℃和4℃。
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