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鹰嘴豆和根瘤菌的“最佳拍档”

放大字体  缩小字体 时间:2018-10-31 09:11 来源:中国科学报 作者:王方   浏览:154 原文:
核心提示:鹰嘴豆根瘤菌新种群的发现,丰富了国际上对鹰嘴豆根瘤菌生物地理学分布的认识,也为选育优质高效的鹰嘴豆共生根瘤菌提供了资源和条件。
  ▲鹰嘴豆根部结瘤

  ▲鹰嘴豆   张俊杰供图
 
  鹰嘴豆根瘤菌新种群的发现,丰富了国际上对鹰嘴豆根瘤菌生物地理学分布的认识,也为选育优质高效的鹰嘴豆共生根瘤菌提供了资源和条件。
 
  鹰嘴豆是药食兼用的豆类植物,因其种子面形奇特、尖如鹰嘴而得名,2000多年前沿古丝绸之路传入我国。
 
  如今,新疆木垒县是鹰嘴豆的传统产区,面积和产量均居国内第一。除了木垒县的10余万亩种植面积外,近几年,鹰嘴豆在云南、宁夏、吉林和黑龙江等省区也有1万~2万亩的引种面积。
 
  “我国目前鹰嘴豆种植面积有限,但由于其营养价值很高,未来种植面积一定会得到很大提升。”来自郑州轻工业学院食品与生物工程学院的张俊杰博士认为,“在大多数新引种地区,如果想种好鹰嘴豆,就必须接种适宜当地土壤条件的鹰嘴豆共生根瘤菌,否则鹰嘴豆不可能形成根瘤,更不能进行生物固氮,最终影响其生长和产量。”
 
  鹰嘴豆根瘤菌新物种的发现
 
  鹰嘴豆主要种植区域多数是边疆或者少数民族地区,这些地区一般土壤都比较贫瘠,气候也比较干旱,鹰嘴豆恰恰适应这种环境。
 
  张俊杰解释说,“一方面鹰嘴豆可以与土壤中的共生根瘤菌形成根瘤并进行生物固氮,解决了土壤贫瘠缺肥的问题,另一方面鹰嘴豆—根瘤菌共生体系比较耐干旱。”
 
  今年4月,张俊杰在国际系统与进化微生物学杂志(IJSEM)发表了一个分离自鹰嘴豆的根瘤菌新物种,定名为文新中慢生根瘤菌,种名来自我国著名土壤微生物学家和细菌分类学家、中国科学院院士陈文新名字的拉丁化。
 
  “2015年,我们对甘肃的鹰嘴豆根瘤菌进行了土壤捕捉和遗传多样性研究,结果发现,该区域土壤中存在较丰富的鹰嘴豆土著根瘤菌,并且除了多数菌株属于木垒中慢生根瘤菌种群外,又发现了一个新的种群。经过近三年的详细分析和鉴定,包括对其进行数值分类分析、基因系统发育分析和基因组比较分析等,最终命名为文新中慢生根瘤菌。”张俊杰告诉记者。
 
  文新中慢生根瘤菌的发表,丰富了国际上对鹰嘴豆根瘤菌生物地理学分布的认识,使得自我国分离的鹰嘴豆根瘤菌种群数量增加为2个,另外一个是木垒中慢生根瘤菌。这也是张俊杰2012年的一项研究成果。
 
  “当时我们从新疆主产区共分离得到了90余株共生根瘤菌,发现与国际上比较流行的已知种群并不相同,后经过对其进行多相分类学鉴定,命名为木垒中慢生根瘤菌。”张俊杰说。
 
  世界范围内,自鹰嘴豆中分离和命名的根瘤菌种群还有地中海中慢生根瘤菌和鹰嘴豆中慢生根瘤菌。现在,我国和国外发表的鹰嘴豆根瘤菌种群数量各占一半。
 
  之后,他们又对木垒中慢生根瘤菌与国际上流行的2个种群进行了土壤和蛭石中的竞争结瘤试验。“结果表明,该土著菌在新疆当地土壤中竞争结瘤优势明显,也启示我们当地不需要接种外来的根瘤菌,土著菌已经很丰富,足以满足鹰嘴豆结瘤固氮的需要。”张俊杰说。
 
  因地制宜 精确接种
 
  不过,在除新疆和甘肃以外的其他种植地区是否也如此?
 
  张俊杰研究组在为每个要接种省份或区域选育优质高效的鹰嘴豆共生根瘤菌方面展开了研究,包括对大田土壤样品的采集、温室盆栽鹰嘴豆和不同鹰嘴豆根瘤菌适应性及竞争性的大田试验等。
 
  结果发现,无论外来种群,还是该研究组发表的2个种群的菌株,都可以与鹰嘴豆结瘤,但是大田数据说明在不同区域供试菌的结瘤率存在明显差异,这体现了不同菌株对不同区域土壤适应性的差异;且经过竞争结瘤试验发现,国外种群(鹰嘴豆中慢生根瘤菌)具有明显的竞争结瘤优势,这个结果与在新疆土壤中的结果正好相反。
 
  张俊杰表示,下一步,一方面要研究土壤非生物因子对不同种群菌株在我国不同鹰嘴豆种植区域的适应性和竞争性差异的影响,另一方面则要通过土壤微生物组成分析等方法,研究土壤生物因子的影响,最终揭示其中所包含的分子生态机制。
 
  同时,为了满足鹰嘴豆大规模引种过程中鹰嘴豆接种根瘤菌的需求,张俊杰目前收集和保藏鹰嘴豆根瘤菌菌株1500余株,是目前国内唯一的鹰嘴豆根瘤菌种质资源库。
 
  最近几年,张俊杰研究组联合中国农科院、云南省农科院和吉林白城农科院等机构,在云南文山地区、吉林白城地区和黑龙江大庆地区开展了精细的田间接种试验。
 
  他表示,“经过根瘤菌接种,不同种群根瘤菌菌株都可以一定程度上提高鹰嘴豆的产量和品质,其中对产量的提高可以达到5%~15%,而对品质的提高主要考查指标是看种子中蛋白含量的提升,达到5%~10%。”
 
  此外,他们近几年还对鹰嘴豆根瘤菌菌剂进行了持续全面的研究,包括菌剂发酵专用菌株和培养基的选择与优化、发酵条件的优化、保存方法和接种方法的研究和探索等。
 
  “目标只有一个,就是促进鹰嘴豆根瘤菌菌剂生产产业化和接种便利化,以增强生物固氮作用,减少化学氮肥的施入。”张俊杰说。
日期:2018-10-31
 
 标签: 生物
 
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