大豆根瘤菌遺傳多樣性及其驅(qū)動(dòng)因子研究進(jìn)展
大豆是具有共生固氮功能的作物，其固氮效率的高低取決于土壤中
根瘤菌的豐度、以及根瘤菌的有效性和高效性。然而土壤中的大豆根瘤菌的豐度、多樣性主要受土壤環(huán)境因素影響。前人的研究均是在大尺度上通過廣泛采集土壤樣品，即利用土壤理化性質(zhì)差異較大的土壤樣品進(jìn)行研究，從而找出影響大豆根瘤菌分布的土壤環(huán)境因子。然而土壤對(duì)根瘤菌的影響是緩慢的，只有長(zhǎng)期的影響才會(huì)使土壤中的大豆根瘤菌群落結(jié)構(gòu)組成發(fā)生顯著變化，在同一地區(qū)、同一母質(zhì)上發(fā)育的土壤上，通過改變土地利用方式、改變種植制度會(huì)引起土壤理化性質(zhì)的變化，那么土壤中根瘤菌的遺傳多樣性是否亦發(fā)生變化？如果發(fā)生變化，是受什么土壤環(huán)境因子驅(qū)動(dòng)的？只有在這種條件下研究出來的驅(qū)動(dòng)因素，才是真正影響土壤中大豆根瘤菌群落結(jié)構(gòu)及其分布的關(guān)鍵環(huán)境因子，那么在生產(chǎn)上就可以通過調(diào)控管理措施，改變土壤環(huán)境條件使根瘤菌豐度達(dá)到最高，效能發(fā)揮到最大。
為此，東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所土壤物質(zhì)循環(huán)學(xué)科組韓曉增研究員等人，于2013年在海倫農(nóng)業(yè)國(guó)家生態(tài)試驗(yàn)站選用3種不同土地利用方式（始于1985年）處理：Ⅰ. 草地：草原化草甸植被自然恢復(fù)，主要群落有苔草（Cares sp.）、問荊（Equisetum arvense）、狗尾草（Leymus chinesis）等；Ⅱ. 裸地：植物生長(zhǎng)季定期將植物地上部鏟除，模擬無植被覆蓋下黑土退化過程；Ⅲ. 農(nóng)田：大豆、小麥和玉米輪作，不施肥。于1990年將農(nóng)田設(shè)4個(gè)不同種植制度處理：1. 玉米連作處理；2. 大豆連作處理；3. 小麥連作處理；4. 玉米-大豆-小麥輪作處理。研究結(jié)果表明：長(zhǎng)期不同的土地利用方式和種植制度會(huì)影響土壤中大豆根瘤菌的豐度和多樣性。草地處理由于植被豐富，根瘤菌的多樣性顯著地高于其它處理，其中Bradyrhizobium sp. II只在草地處理中分離得到。除了大豆連作處理外，其它有大豆參與的處理均能顯著的提高大豆根瘤菌的豐度和多樣性。三種連作處理相比，大豆連作條件下Bradyrhizobium sp. I是優(yōu)勢(shì)種，而玉米和小麥連作條件下則是以Bradyrhizobium sp. III為優(yōu)勢(shì)種，表明作物種類對(duì)根瘤菌的種群具有一定的選擇性。長(zhǎng)期不同土地利用方式及種植制度主要是通過影響土壤的有機(jī)質(zhì)含量(OC)、速效磷含量(AP)和pH值進(jìn)而對(duì)大豆根瘤菌豐度和多樣性產(chǎn)生影響。另外在生產(chǎn)實(shí)踐中則需要對(duì)種植制度進(jìn)行改變，一方面玉米-大豆-小麥輪作種植制度進(jìn)行推廣應(yīng)用，避免出現(xiàn)玉米和大豆連作；另一方面要適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行農(nóng)田撂荒或者休閑，只有這樣才能保證土壤可持續(xù)利用。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金的支持，研究成果發(fā)表在Applied Environmental Microbiology (Jun Yan, Xiaozeng Han, et al. 2014. Abundance and Diversity of Soybean-Nodulating Rhizobia in Black Soil Are Impacted by Land Use and Crop Management. Applied Environmental Microbiology. 80: 5394-5402)。
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