《我国鹰嘴豆根瘤菌资源调查研究和菌剂开发与应用》

为了解析分布在中国境内的鹰嘴豆共生根瘤菌的分类地位、自然演替规律、竞争性和适应性规律,也为了制备区域特异性的高效固氮菌剂并在鹰嘴豆推广种植过程中的应用,该项目率先在国内开展鹰嘴豆根瘤菌的资源收集工作,一共从新疆、甘肃和宁夏分离、纯化和保藏了国内唯一的鹰嘴豆根瘤菌资源2000余株;其次,对获得的根瘤菌资源进行基于数值分类、遗传多样性分析等研究,确定它们的种属地位,并对其中的疑似新种群进行详细的菌种鉴定;然后,针对新疆鹰嘴豆根瘤菌种群单一的特征,对该种群进行了长期定位观察,研究其自然演替过程和规律,并揭示其中的分子生态机制;最后,在不同生态区开展不同鹰嘴豆根瘤菌种群的适应性和竞争性实验和比较,为不同区域鹰嘴豆根瘤菌的接种奠定理论基础。

主要技术内容包含以下几方面:

1、率先在国内开展鹰嘴豆根瘤菌的遗传多样性研究工作。发现中国新疆木垒和奇台鹰嘴豆主产区鹰嘴豆根瘤菌种群单一,但是种内具有一定的遗传多样性;还发现甘肃会宁地区鹰嘴豆根瘤菌种群有两个,多样性较新疆丰富;

2、对新疆鹰嘴豆根瘤菌和甘肃的一个疑似新种群进行了新种的鉴定工作。鉴定和命名了两个中国鹰嘴豆独有的根瘤菌新种群:木垒中慢生根瘤菌新种群(Mesorhizobium muleiense sp. nov.)和文新中慢生根瘤菌新种群(Mesorhizobium wenxiniae sp. nov.),它们是中国特有的鹰嘴豆共生根瘤菌种群,其他研究鹰嘴豆根瘤菌的国家还没有发现这两个种群的报道;

3、对新疆鹰嘴豆根瘤菌种群(木垒中慢生根瘤菌)自然进化规律及其机制进行了研究。发现过去近10年该种群保持相对稳定,仍是唯一种群,但其recA基因型的数量增加至28个,其中优势基因型有4个,而且不同采样点不同采样年份基因型组成存在较大差异,土壤理化性质和土壤内的生物因子可能都是木垒中慢生根瘤菌种群内不同基因型自然演替和区域分布的主要影响因子。对某个根瘤菌种群在固定地点的自然演替规律的相关研究在国际上尚属首例;

4、研究了不同鹰嘴豆根瘤菌种群在新疆老产区及引种新区的适应性和竞争性。结果发现,不同种群的区域适应性存在一定的差异,竞争性也存在一定差异,其中在新疆老产区未灭菌的土壤中,国外引入种群代表菌种M. ciceri和M. mediterraneum完全没有竞争结瘤能力,但是经过伽马射线灭菌后,外来菌株的竞争性刚好相反;而在新引种区则M. ciceri表现出最佳的竞争结瘤优势。这些研究为今后不同区域选育高效菌株奠定了基础;

5、该项目开展了鹰嘴豆根瘤菌接种剂的研制和应用。开展培养基及发酵工艺条件优化、高密度发酵等获得了高活性菌剂,申报了国家发明专利,还对菌剂应用开展了深入研究,近三年推广应用面积12700余亩,新增销售额5056万元,新增利润3818万元,有效减少化肥施用,经济与社会效益显著。

成果说明

该成果目前已经在河南福运旺开心农场生态食品有限公司和云南金穗种业有限公司得到推广应用,菌种选择合理,应用操作简便,取得了良好的效果。项目推广3年来,以上两家公司应用面积总和为11200亩,为公司新增销售额为4334万元,新增利润3123万元,经济和社会效益显著。 鹰嘴豆因为其独特的营养价值,种植面积不断扩大,然而引种新区土壤中普遍缺乏土著的共生根瘤菌,所以如果获得更好品质的更高产量的鹰嘴豆,必须接种高效匹配的适宜共生根瘤菌,该项目就是以解决该问题为最终目标开展工作的,接种根瘤菌的同时,大大减少了化肥的使

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