植物学报 ›› 2018, Vol. 53 ›› Issue (4): 519-527.DOI: 10.11983/CBB18007
收稿日期:
2018-01-09
接受日期:
2018-02-12
出版日期:
2018-07-01
发布日期:
2018-09-11
通讯作者:
廖红
作者简介:
共同第一作者。
基金资助:
Ai Wenqin1, Jiang Hanyuan1, Li Xinxin2, Liao Hong2,*()
Received:
2018-01-09
Accepted:
2018-02-12
Online:
2018-07-01
Published:
2018-09-11
Contact:
Liao Hong
About author:
These authors contributed equally to this paper
摘要: 为建立一种既可高效结瘤固氮, 又具有一定产量的大豆(Glycine max)营养液栽培系统, 设计并进行了2个试验。首先在不同供氮条件下, 研究了接种根瘤菌对大豆的结瘤状况、固氮能力、生物量及产量的影响。结果表明, 供氮过高或过低, 均影响大豆生长、产量形成及根瘤固氮; 并且植物生长所需的最适供氮水平远高于生物固氮所需的最适供氮水平。此外, 大豆生物固氮活性最高的时期在生殖期第一期(R1期)之前。由此推断, 大豆R1期前, 供应较低的氮, 有利于根瘤形成及固氮; 而从R1期起, 应提高供氮水平, 以促进植物生长及产量的形成。在此基础上开展第2个试验, 对供氮条件进行了优化处理(即R1期前低氮供应、R1期开始中氮供应)。结果表明, 与持续供应高氮相比, 优化供氮处理不仅可获得较多固氮酶活性较高的大根瘤, 还能保持较好的生长、获得更高的百粒重及维持80%左右的产量。研究结果不仅可为高效研究大豆根瘤共生固氮提供营养液配方, 还可为大豆高产高效栽培提供试验依据。
艾文琴, 姜瀚原, 李欣欣, 廖红. 一种高效研究大豆根瘤共生固氮的营养液栽培体系. 植物学报, 2018, 53(4): 519-527.
Ai Wenqin, Jiang Hanyuan, Li Xinxin, Liao Hong. An Efficient Nutrient Solution System to Study Symbiotic Nitrogen Fixation in Soybean. Chinese Bulletin of Botany, 2018, 53(4): 519-527.
图1 供氮水平对大豆根瘤结瘤性状的影响(A) 根瘤数; (B) 根瘤鲜重; (C) 平均根瘤鲜重。V4和R1分别为大豆不同生长时期。N1-N5分别代表300 μmol·L-1、900 μmol·L-1、2 400 μmol·L-1、4 800 μmol·L-1和7 200 μmol·L-1氮素水平。不同小写字母代表不同供氮水平间差异显著(P<0.05)。
Figure 1 Effects of nitrogen supply on soybean nodulation(A) Nodule number; (B) Nodules fresh weight; (C) Average nodules fresh weight. V4 and R1 represent different growth stages of soybean. N1-N5 indicate 300 μmol·L-1, 900 μmol·L-1, 2 400 μmol·L-1, 4 800 μmol·L-1 and 7 200 μmol·L-1 nitrogen level, respectively. Different lowercase letters indicate significant differences among different N supply levels (P<0.05).
图2 供氮水平对大豆不同时期根瘤固氮酶活性的影响(A) V4期; (B) R1期。N1-N5同图1。不同小写字母代表不同氮供应水平间差异显著(P<0.05)。
Figure 2 Effects of nitrogen supply on nitrogenase activity at different growth stages of soybean(A) V4 stage; (B) R1 stage. N1-N5 see Figure 1. Different lowercase letters indicate significant differences among different N supply levels (P<0.05).
F value | Shoot dry weight | Root dry weight | Grain weight | Hundred grain weight |
---|---|---|---|---|
N | 67.15*** | 134.57*** | 50.75*** | 36.33*** |
R | 0.89* | 2.11* | 49.53*** | 0.398 |
N×R | 4.31* | 14.80*** | 8.31*** | 4.45** |
表1 供氮水平及接种根瘤菌对大豆生长及产量影响的方差分析
Table 1 Effect of nitrogen supply levels and inoculation of rhizobium on soybean growth and yield
F value | Shoot dry weight | Root dry weight | Grain weight | Hundred grain weight |
---|---|---|---|---|
N | 67.15*** | 134.57*** | 50.75*** | 36.33*** |
R | 0.89* | 2.11* | 49.53*** | 0.398 |
N×R | 4.31* | 14.80*** | 8.31*** | 4.45** |
图3 供氮水平对大豆生长的影响(A) 地上部干重; (B) 根干重。N1-N5同图1。不同小写字母代表不同氮供应水平间差异显著(P<0.05)。
Figure 3 Effects of nitrogen supply on soybean growth(A) Up-ground dry weight; (B) Root dry weight. N1-N5 see Figure 1. Different lowercase letters indicate significant differences among different N supply levels (P<0.05).
图4 供氮水平对大豆产量的影响(A) 单株籽粒照片; (B) 粒重; (C) 百粒重。N1-N5同图1。不同小写字母代表不同氮供应水平间差异显著(P<0.05)。
Figure 4 Effects of nitrogen supply levels on soybean yield(A) Pictures of soybean seeds; (B) Grain weight; (C) Hundred grain weight. N1-N5 see Figure 1. Different lowercase letters indicate significant differences among different N supply levels (P<0.05).
图5 低氮条件下接种根瘤菌对大豆根瘤生长及固氮酶活性的影响(A) 根瘤照片; (B) 根瘤数目; (C) 根瘤干重; (D) 固氮酶活性。不同小写字母代表大豆不同生长期之间差异显著(P<0.05)。
Figure 5 Effects of rhizobium inoculation on soybean nodule growth and nitrogenase activity(A) Pictures of nodules; (B) Nodule number; (C) Nodule dry weight; (D) Nitrogenase activity. Different lowercase letters indicate significant differences among different growth stages of soybean (P<0.05).
图6 不同氮或接种根瘤菌处理对大豆产量的影响(A) 有效荚数; (B) 粒数; (C) 粒重; (D) 百粒重。LN-R: 低氮未接种处理; LN+R: 低氮接种处理; HN-R: 高氮未接种处理。不同小写字母代表不同处理间差异显著(P<0.05)。
Figure 6 Soybean yield as affected by different nitrogen or rhizobia inoculation treatments(A) Pod number; (B) Grain number; (C) Grain weight; (D) Hundred grain weight. LN-R: Low N without inoculation treatment; LN+R: Low N with inoculation treatment; HN-R: High N without inoculation treatment. Different lowercase letters indicate significant differences among different treatments (P<0.05).
1 | 陈文新, 陈文峰 (2004). 发挥生物固氮作用减少化学氮肥用量. 中国农业科技导报 6(6), 3-6. |
2 | 程凤娴, 曹桂芹, 王秀荣, 赵静, 严小龙, 廖红 (2008). 华南酸性低磷土壤中大豆根瘤菌高效株系的发现及应用. 科学通报 53, 2903-2910. |
3 | 邸伟, 金喜军, 马春梅, 龚振平, 董守坤, 张磊 (2010). 施氮水平对大豆氮素积累与产量影响的研究. 核农学报 24, 612-617. |
4 | 胡浩南, 敖俊华, 黄晓财, 李欣欣, 廖红 (2017). 甘蔗不同组织联合固氮能力评价. 植物生理学报 53, 437-444. |
5 | 李欣欣, 许锐能, 廖红 (2016). 大豆共生固氮在农业减肥增效中的贡献及应用潜力. 大豆科学 35, 531-535. |
6 | 李艳, 盖钧镒 (2017). 大豆向热带地区发展的遗传基础. 植物学报 52, 389-393. |
7 | 李宗盛, 李展辉, 邓建军 (1986). 不同时期施氮对大豆产量影响的研究. 土壤肥料 (6), 46-47. |
8 | 罗进, 曹智 (2017). 2016年国内外大豆市场回顾及2017年展望. 中国畜牧杂志 53(4), 160-165, 178. |
9 | 彭玉新 (2009). 施肥对大豆产量及品质的影响研究. 现代农业科技(18), 19, 21. |
10 | 王庆胜 (2010). 根瘤菌对大豆产量及品质的影响. 黑龙江农业科学(9), 138, 147. |
11 | Alam F, Bhuiyan MAH, Alam SS, Waghmode TR, Kim PJ, Lee YB (2015). Effect of Rhizobium sp. BARIRGm901 ino- culation on nodulation, nitrogen fixation and yield of soybean(Glycine max) genotypes in gray terrace soil. Biosci Biotechnol Biochem 79, 1660-1668. |
12 | Alves BJR, Boddey RM, Urquiaga S (2003). The success of BNF in soybean in Brazil.Plant Soil 252, 1-9. |
13 | Brewin NJ (1991). Development of the legume root nodule.Annu Rev Cell Biol 7, 191-226. |
14 | Daimon H, Hori K, Shimizu A, Nakagawa M (1999). Nitrate-induced inhibition of root nodule formation and nitrogenase activity in the peanut (Arachis hypogaea L.). Plant Prod Sci 2, 81-86. |
15 | Fujikake H, Yamazaki A, Ohtake N, Sueyoshi K, Matsuhashi S, Ito T, Mizuniwa C, Kume T, Hashimoto S, Ishioka NS, Watanabe S, Osa A, Sekine T, Uchida H, Tsuji A, Ohyama T (2003). Quick and reversible inhibition of soybean root nodule growth by nitrate involves a decrease in sucrose supply to nodules.J Exp Bot 54, 1379-1388. |
16 | Gan YB, Stulen I, van Keulen H, Kuiper PJC (2004). Low concentrations of nitrate and ammonium stimulate nodulation and N2 fixation while inhibiting specific nodulation (nodule DW·g-1 root dry weight) and specific N2 fixation (N2 fixed·g-1 root dry weight) in soybean.Plant Soil 258, 281-292. |
17 | Hungria M, Campo RJ, Mendes IC (2005). Reinoculation increasing soybean grain yield in Brazil. In: Proceedings of the 14th International Nitrogen Fixation Congress. Dordrecht: Springer. pp. 315-315. |
18 | Hungria M, Franchini JC, Campo RJ, Crispino CC, Mor- aes JZ, Sibaldelli RNR, Mendes IC, Arihara J (2006). Nitrogen nutrition of soybean in Brazil: contributions of biological N2 fixation and N fertilizer to grain yield.Can J Plant Sci 86, 927-939. |
19 | Li XX, Zhao J, Tan ZY, Zeng RS, Liao H (2015). GmEXPB2, a cell wall β-expansin, affects soybean nodulation through modifying root architecture and promoting nodule formation and development.Plant Physiol 169, 2640-2653. |
20 | Qin L, Jiang H, Tian J, Zhao J, Liao H (2011). Rhizobia enhance acquisition of phosphorus from different sources by soybean plants.Plant Soil 349, 25-36. |
21 | Qin L, Zhao J, Tian J, Chen LY, Sun ZA, Guo YX, Lu X, Gu M, Xu GH, Liao H (2012). The high-affinity phosphate transporter GmPT5 regulates phosphate transport to nodu- les and nodulation in soybean.Plant Physiol 159, 1634-1643. |
22 | Saito A, Tanabata S, Tanabata T, Tajima S, Ueno M, Ishikawa S, Ohtake N, Sueyoshi K, Ohyama T (2014). Effect of nitrate on nodule and root growth of soybean (Glycine max (L.) Merr.). Int J Mol Sci 15, 4464-4480. |
23 | Tang F, Yang SM, Liu JG, Zhu HY (2016). Rj4, a gene controlling nodulation specificity in soybeans, encodes a thau- matin-like protein but not the one previously reported. Plant Physiol 170, 26-32. |
24 | Wang D, Yang SM, Tang F, Zhu HY (2012). Symbiosis specificity in the legume-rhizobial mutualism.Cell Microbiol 14, 334-342. |
[1] | 陈佳欣, 梅浩, 黄彩翔, 梁宗原, 全依桐, 李东鹏, 布威麦尔耶姆·赛麦提, 李欣欣, 廖红. 利用转基因毛状根高效培育大豆嵌合植株的方法[J]. 植物学报, 2024, 59(1): 89-98. |
[2] | 刘建新, 刘瑞瑞, 刘秀丽, 贾海燕, 卜婷, 李娜. 外源硫化氢对盐碱胁迫下裸燕麦光合碳代谢的调控[J]. 植物生态学报, 2023, 47(3): 374-388. |
[3] | 严语萍, 俞晓琦, 任德勇, 钱前. 水稻穗粒数遗传机制与育种利用[J]. 植物学报, 2023, 58(3): 359-372. |
[4] | 叶卫军, 张阴, 王沛然, 张玲玲, 田东丰, 吴泽江, 周斌. 绿豆5个产量相关性状的QTL分析[J]. 植物学报, 2023, 58(1): 150-158. |
[5] | 冯晓敏, 高翔, 臧华栋, 胡跃高, 任长忠, 郝志萍, 吕慧卿, 曾昭海. 燕麦-绿豆间作效应及氮素转移特性[J]. 植物学报, 2023, 58(1): 122-131. |
[6] | 王雷, 种康. 鱼和熊掌的选择: 反向重复序列变异介导的玉米环境适应与产量平衡[J]. 植物学报, 2022, 57(5): 555-558. |
[7] | 刘晓龙, 季平, 杨洪涛, 丁永电, 付佳玲, 梁江霞, 余聪聪. 脱落酸对水稻抽穗开花期高温胁迫的诱抗效应[J]. 植物学报, 2022, 57(5): 596-610. |
[8] | 王韫慧, 王一帆, 蔺佳雨, 李金红, 姚士恩, 冯湘池, 曹振林, 王俊, 李美娜. 植物驱动蛋白: 从微管阵列到生理活动调控[J]. 植物学报, 2022, 57(3): 358-374. |
[9] | 熊淑萍, 曹文博, 曹锐, 张志勇, 付新露, 徐赛俊, 潘虎强, 王小纯, 马新明. 水平结构配置对冬小麦冠层垂直结构、微环境及产量的影响[J]. 植物生态学报, 2022, 46(2): 188-196. |
[10] | 孙浩哲, 王襄平, 张树斌, 吴鹏, 杨蕾. 阔叶红松林不同演替阶段凋落物产量及其稳定性的影响因素[J]. 植物生态学报, 2021, 45(6): 594-605. |
[11] | 周俭民. 免疫信号轴揭示水稻与病原菌斗争的秘密[J]. 植物学报, 2021, 56(5): 513-515. |
[12] | 杜梦柯, 连文婷, 张晓, 李欣欣. 氮处理对大豆根瘤固氮能力及GmLbs基因表达的影响[J]. 植物学报, 2021, 56(4): 391-403. |
[13] | 李强, 黄迎新, 周道玮, 丛山. 土壤氮磷添加下豆科草本植物生物固氮与磷获取策略的权衡机制[J]. 植物生态学报, 2021, 45(3): 286-297. |
[14] | 王银柳, 耿倩倩, 黄建辉, 王常慧, 李磊, 哈斯木其尔, 牛国祥. 氮肥和种植密度对达乌里胡枝子的生长与生物固氮的影响[J]. 植物生态学报, 2021, 45(1): 13-22. |
[15] | 夏正俊, 李玉卓, 朱金龙, 吴红艳, 徐坤, 翟红. 快速、无损大豆种子连续取样技术及其DNA制备[J]. 植物学报, 2021, 56(1): 56-61. |
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