红小豆根瘤菌结瘤数与农艺性状之间的相关性分析研究

王彩萍1，张耀文2，赵吉平1，郭兆萍1，侯小峰1，郭鹏燕1，成玉红1，侯燕嵘1

（1山西省农业科学院经济作物研究所，山西汾阳032200；2山西省农业科学院作物科学研究所，太原030001）

摘要：为了探索红小豆根瘤菌在大田中的结瘤数特性，发现不同生态类型红小豆根瘤菌结瘤数之间的差异，研究以65 份不同生态类型的红小豆种质资源材料为研究对象，通过对其农艺性状及根瘤菌结瘤数大田采集，计算机数据分析，结果表明在不同性状的红小豆之间结瘤数表现出较大的差异，匍匐类型红小豆结瘤数均值高出直立类型23.97；极差高出值为32.3。通过各性状之间相关性分析结果显示：结瘤数和红小豆的株高、主茎分枝、单株结荚数，单株荚粒数表现出极显著正相关，相关系数分别为0.663325、0.410746、0.438036、0.283786；和主茎节数表现显著正相关相关系数为0.137257；与单荚长、百粒重表现负相关，相关系数分别为-0.08542、-0.3913 和百粒重相关达极显著水平。通过试验研究得出由于不同生态类型的红小豆根瘤菌结瘤数存在的差异，育种工作者可以利用这些差异达到创新种质的目的。

教育期刊网 http://www.jyqkw.com
关键词 ：红小豆；根瘤菌；结瘤数；农艺性状；相关性

中图分类号：S-3 文献标志码：A 论文编号：cjas14120025

0 引言

根瘤菌是普遍存在于豆科作物根部和豆科作物共生的一种能促使植物异常增生的一类革兰氏染色阴性需氧杆菌。根瘤菌与豆科植物这个共生固氮体系是已知固氮能力最强的生物固氮体系之一，每年固氮量占全球生物固氮量的65%以上[1]。据联合国粮农组织(FAO)1995 年粗略估计，全球每年由生物固定的氮量已近2×106（t 相当于4×108 t尿素），约占全球植物需氮量的3/4[2]。中国农民利用豆科植物固氮肥田历史悠长，直至现在仍保留着豆科植物和非豆科植物轮作、套作和间作等耕作制度[3]。中国根瘤菌研究水平最高的是陈文新院士，她从20 世纪50 年代末开始致力于根瘤菌研究，奠定了中国根瘤菌研究的基础。目前国内根瘤菌研究不同豆科作物中都有开展，如木本豆科，绿豆，大豆，花生，牧草等[4-6]，也有利用根瘤菌间的抗性差异研究其在环境污染中的修复作用[7-8]。根瘤菌研究利用越来越受到重视，其独特的功能随着研究深入将进一步被开发利用。

小豆是豆科作物的一种，中国已有2000 多年的栽培历史，小豆富含淀粉、蛋白质等成分，具有很高的营养价值和药用价值[9-11]。和其他豆科作物一样，小豆具有和根瘤菌的共生而固定空气中游离氮的作用，由于小豆研究人员的匮乏，中国小豆根瘤菌的研究很少，不像大豆花生其他豆科牧草深入[12-13]，马玉珍等[14]在小豆上进行过分离、纯化、回接原寄主研究及不同来源的菌株结瘤和固氮酶活性检测。吴宝美等[15]利用不同小豆品种接种不同根瘤菌的结瘤反应试验，发现激流反应小豆品种不同又差异，可能受检索资料的范围的限制，目前尚未检索到其他和红小豆根瘤固氮菌的资料，为发现红小豆根瘤菌的结瘤特性，以及大田中自然环境下根瘤菌和不同生态类型红小豆之间的关系，笔者对65 份红小豆种质材料根瘤菌结瘤数进行研究，以期为红小豆育种和根瘤菌固氮研究提供参考。

1 材料与方法

1.1 植物材料

山西省农科院经济作物研究所杂粮课题组小豆资源65 份试验材料，其中株型匍匐、半匍匐的小豆资源24 份，直立型的资源41 份。2014年5 月19 日种植于山西省农科院经济作物研究所食用豆试验地。前茬作物为绿豆。

1.2 方法

1.2.1 播种及管理方法露地直播，试验地秋季深耕晒垡，播前底施农家肥22500 kg/hm2，复合肥750 kg/hm2，春季提前整地，有降雨时及时抢墒播种。耧开沟，手溜籽，小区宽2 m，长20 m，小区由东往西排列，以保证所取植株肥力，地力在同一水平。行距50 cm，株距15 cm，南北行向。3 叶期间苗，4 叶期定苗，中耕除草2 次，全生育期内无补水补肥。

1.2.2 取样方法小豆成熟后期在试验田中随机取样，每个样点长33 cm，宽33 cm，深20 cm，3 次重复，以根瘤直径大于10 mm以上为有效根瘤，田间计根瘤菌结瘤数。

1.3 试验地环境情况

1.3.1 试验地概况试验地为山西省农业科学院经济作物研究所的试验地，前茬作物绿豆，土质为沙壤土。地力状况中等，土壤有机质偏低，pH偏碱性。

1.3.2 当地气候状况试验地所在地区属于典型的大陆季风气候。具有四季分明、雨热同步、光照充足的特点。春季干旱，风多雨少；夏季炎热，雨量集中在7、8、9 月，约占到全年降雨量的90%以上。

1.4 试验仪器

Y802A 型8 篮恒温烘箱，40℃的恒温烘干48 h，KF6102型电子天平称重，直尺测长。

1.5 数据处理

试验数据利用Excel2007 进行处理。

2 结果与分析

2.1 红小豆资源的统计参数分析

植株匍匐型红小豆特点是株型匍匐，植株硕大，主茎无限生长，分枝无限生长，生育期较长，根系庞大，侧根发达根毛多。主根和肥大侧根结瘤体机加大数量有限，在远端毛根处结瘤总体数量较多体积小。

从表1 数据显示，变异系数分别是根瘤菌结瘤数>单株荚数>主茎分枝>株高>主茎节数>百粒重>单荚粒数>单荚长。这说明在匍匐状生态类型中红小豆主要性状的和来源地域、不同品种之间差异存在较大的变幅，根瘤菌结瘤数在不同品种资源间的变异幅度最大。根瘤菌结瘤数在不同的品种资源间活跃程度不同。

从极差这个变异指数可以看到单株荚数>株高>根瘤菌结瘤数>主茎节数>主茎分枝>百粒重>单荚粒数>单荚长。从极差数可以看到匍匐状的红小豆的根瘤菌结瘤数变幅小点，大致可以推断在同一地块同一管理水平条件下品种之间根瘤菌结瘤数可能和品种特性有关外，和根部得发育状况、根部地下微环境事造成差异的主要原因。

植株直立特性红小豆特点是株型直立，主茎、分枝有限生长，生育期较短，侧根发达，主侧根差异小，根系分布较浅，根毛较少，根瘤分布特点是散状分布在主、侧根上。这种根系由于分布较浅很容易受干旱气象条件影响。

表2数据显示，直立型的红小豆8 个形状的变异度表现为：根瘤菌结瘤数>单株荚数>主茎分枝>主茎节数>百粒重>株高>单荚长>单荚粒数。其中根瘤菌结瘤数仍是最活跃的一个性状，原因大致也和匍匐性状的红小豆资源相似。直立型和匍匐型红小豆资源的株高、单荚粒数变异系数有所不同，两者在变异系数在排列上均有靠后的变化。可能原因是直立型的株高变异更倾向于品种遗传，有限生长习性大于环境的作用。单荚粒数和单荚长在2 种生态类型中的变异系数均处于后两位，这2 个性状可能更体现品种的质量性状，变异系数小也证实了这一特点。

从极差这个指数看，极差的变异指数是单株荚数>株高>根瘤菌结瘤数>主茎节数>百粒重>主茎分枝>单荚长>单荚粒数。前4 项匍匐型和直立型的生态类型中表现一致。根瘤菌结瘤数平均极差为20，变幅低于匍匐型的红小豆，但是从原始数据看，直立型的红小豆根瘤菌结瘤数是在低水平上波动，直立型的红小豆资源根瘤菌结瘤数均值远低于匍匐型类型，但是总体上看在2 种生态类型的红小豆资源中根瘤菌结瘤数差异趋向是一致的。

从育种的角度看差异的存在是培育新后代的基础，这65 份种质资源在红小豆结瘤数上存在较大的差异，这为将来创造根瘤菌丰富的红小豆新品种提供了可能。

2.2 红小豆资源性状与根瘤菌结瘤数相关性分析

利用红小豆采集到数据经相关性分析可以看到（见表3），根瘤菌结瘤数和株高，主茎分枝，单株荚数，单荚粒数呈极显著正相关，和单荚长，和百粒重呈极显著负相关，和主茎技术成显著正相关，和单荚长呈负相关。可见根瘤菌的结瘤数和红小豆的农艺性状关系密切，在生产中为培肥地力增加根瘤菌的固氮数量可种植株形高大，分枝数多，主茎分枝多，单株荚数多，荚粒数多，荚长较短，百粒重较小的品种。

3 结论与讨论

本研究用65 份红小豆植物材料，在大田自然生态环境下对根瘤菌结瘤数开展的研究，基于研究目的的不同，本研究侧重于不同资源之间根瘤菌结瘤数差异的研究，目的是筛选差异，发现优异材料为创造新品种提供依据。

本研究结果表明，红小豆根瘤菌结瘤数确实存在差异，为以育种手段达到改良红小豆根瘤菌数量的为目的的研究提供了可能。在资源中筛选差异较大的种质资源，通过不同的技术手段创造中间型材料，然后才能筛选符合目标要求的品种，筛选差异和利用差异是选育新品种的前提条件。

土壤条件也是制约根瘤菌发育的重要因素，良好的土壤团粒结构，合适的水利条件也可以促进根瘤菌的发育。前人有通过人工接菌的方法，来研究不同小豆根瘤菌的结瘤数的差异[15]。同时也有对红小豆根瘤菌的宿主专一性[3,16]也有不同的看法。笔者从根瘤菌结瘤数和品种及农艺性状之间的差异入手，简单的分析了其相关性，受资源数量和土壤环境的限制，研究结果有一定的局限性，随着研究的逐步深入，红小豆根瘤菌的结菌规律会将逐渐被发现，然后造福人类。

教育期刊网 http://www.jyqkw.com
参考文献

[1] 陈文峰,陈文新.我国豆科植物根瘤菌资源多样性及应用基础研究[J].生物学通报,2003,38(7):1-4.

[2] 沈世华,荆玉祥.中国生物固氮研究现状和展望[J].科学通报,2003,48(6):535-540.

[3] 陈文新.中国豆科植物根瘤菌资源多样性与系统发育[J].中国农业大学学报,2004,9(2):6-7.

[4] 黄莉莉,张宇,韩素芬,等.木本豆科植物根瘤菌16S rDNA 的PCRRFLP研究[J].林业科技开发,2009,23(4):69-72.

[5] 张晓霞,马晓彤,曹艳华,等.姜瑞波接种根瘤菌对不同品种绿豆生长及产量的影响[J].中国土壤与肥料,2012(6):70-72.

[6] 韩晓增,苗淑杰.连作对大豆根瘤形成和固氮功能影响的研究展望[J].大豆通报,2007,86(1):43-45.

[7] 曹莹,马宁,常佳丽,等.西北部分矿区豆科植物根瘤菌重金属抗性及16S rDNA RFLP 分析[J].农业环境科学学报,2010,29(6):1156-1163.

[8] 梁建强,段晓丹,崔广玲,等.西北地区金属尾矿地根瘤菌的重金属抗性及其系统发育研究[J].农业环境科学学报,2009,28(6):1120-1126.

[9] 邢亚静,张耀文,李荫蕃,等.小杂粮营养价值与综合利用[M].北京:中国农业出科学技术版社,2009.

[10] 左联忠,王彩萍,赵吉平,等.晋小豆2 号新品种选育与应用[J].杂粮作物,2006,26(5):339.

[11] 张耀文,邢亚静,崔春香,等.山西小杂粮[M].太原:山西农业科学技术出版社,2006.

[12] 熊智,张成刚,张忠泽,等.交叉接种后固氮放线菌基因稳定性研究[J].西南林学院学报,2003,23(3):1-4.

[13] 潘江,朱万昌,徐建波,等.毛赤杨根瘤固氮作用的初步研究[J].林业科技,1999,24(2):6-8.

[14] 马玉珍,史清亮,王静.山西省根瘤菌资源的种类与共生效应[J].山西农业大学学报,1998,18(1):65-69.

[15] 吴宝美,赵波,张李,等.小豆根瘤菌接种结瘤条件分析[J].北京农学院学报,2010,25(3):1-4.

[16] Allen O N, Allen E K. The Leguminosae[M]. University of Wisconsin Press, madison, WI,1981.