生物固氮是生态系统氮素的主要来源,而土壤根瘤菌的多样性及其在大豆上的应用效果还需深入研究.本研究采集了东北黑土大豆种植区8个样点的大豆土壤根瘤样本,共分离出94株菌,经16S rRNA及共生基因(nodC、nifH)分析鉴定,其中70株为根瘤菌,且均属于慢生根瘤菌属.为进一步验证根瘤菌的应用效果,根据系统发育分析结果挑选了 7株代表性土著根瘤菌,基于实验室条件开展了菌株与大豆结瘤及促生能力测定试验.结果表明:与不接种根瘤菌的对照相比,7株土著根瘤菌都具有较好的促生及结瘤能力,其中,菌株H7-L22和H34-L6的表现尤为突出,前者处理的大豆株高显著提高了 25.7％,后者处理的大豆根瘤干重比其他土著根瘤菌处理高20.9％～67.1％.选取这两株高效根瘤菌进一步开展大豆根瘤菌接种田间试验,发现接种混合根瘤菌剂的促生效果显著优于单一接种处理,与不接种对照相比,H7-L22处理的大豆增产8.4％,而混合菌剂处理的大豆产量增加了 17.9％,同时大豆的四粒荚数也显著提升.综上,根瘤菌菌剂的应用能够显著提升大豆产量,从而减少大豆生产过程中对氮肥的依赖,有助于提升土壤健康水平,促进东北黑土地区农业的绿色发展.

通过筛选可降解类胡萝卜素的烟草内生菌,并应用于国产雪茄烟叶发酵从而实现烟叶香韵和感官质量提升.首先,原位培养基中添加烟叶粉末模拟原位生长环境以富集烟叶内生菌,结合流式分选技术,从优质雪茄烟叶内生菌中筛选具有β-胡萝卜素降解能力的菌株;将菌株接种至国产雪茄烟叶发酵,检测发酵烟叶类胡萝卜素降解产物含量并进行感官评价.结果显示,共筛选获得 21 株内生菌对β-胡萝卜素的降解率超过 50%,主要为农杆菌属、根瘤菌属、鞘氨醇杆菌属、肠杆菌属等.菌株C31、C11、H4 能够增加烟叶香韵类型,明显改善烟叶香气质、香气量、杂气、刺激性等指标,发酵烟叶类胡萝卜素降解产物含量分别是对照的 1.38、1.28、1.43 倍,其中法尼基丙酮、香叶基丙酮、巨豆三烯酮的增加强化了烟叶焦甜香、花香、木香香韵.综上,原位筛选获得的 3 株类胡萝卜素降解内生菌C31、C11、H4 能够较好地改善国产雪茄烟叶品质,可作为新型雪茄工业微生物制剂和特征香韵雪茄微生物制剂进一步开发应用.

根瘤菌是一类革兰氏阴性菌,能与特定的宿主植物共生形成根瘤,将空气中的分子态氮转变为植物可以利用的氨态氮.研究根瘤菌的生物地理分布格局及形成机制,不仅具有理论上的意义,还对根瘤菌接种剂的选择具有指导意义.目前,随着分子生物学技术的发展,以及根瘤菌多样性研究数据的积累,根瘤菌生物地理学取得了较大的进展.本文综述了根瘤菌生物地理学的研究方法及现状,并对今后的重点研究方向作了展望.

根瘤菌剂在大豆上能否充分发挥共生固氮效应涉及到根瘤菌的结瘤固氮能力、与大豆品种的匹配性、土壤特性等多种因素.黑龙江省是我国大豆的主产区之一,为筛选得到适于在黑龙江推广应用的根瘤菌资源,从黑龙江、河北和湖南等地区采集土壤样品,采用大豆结瘤法,从10个土样中分离获得59株大豆根瘤菌株,再依据BTB显色反应和16S rDNA分析,鉴定出36个慢生型大豆根瘤菌.沙培结果表明,有34株根瘤菌能够在大豆品种黑农61上有效结瘤;再从中选出4株共生效应较好的菌株做进一步实验.匹配实验表明,这4株菌SN2-5、NW5-3、SN7-2和SN10-3同样能与黑龙江另外16个主栽大豆品种结瘤;与不接根瘤菌的对照组相比,SN2-5、NW5-3、SN7-2和SN10-3处理的大豆的根瘤固氮酶活和生物量显著提高,且整体表型优于HN01和USDA110.土壤盆栽实验结果表明,NW5-3、SN10-3、SN7-2在黑土中具有显著的接种效果,且在10 mmol/L NH4NO3高氮处理下,4个优良供试菌均能够与黑农61结瘤.与不加氮素的处理相比,其中NW5-3和SN10-3形成根瘤具有近50％的固氮酶活性.本研究筛选的4个慢生型大豆根瘤菌SN2-5、NW5-3、SN7-2、SN10-3与黑龙江的主栽大豆品种具有良好匹配性能,可进一步用于黑龙江大豆产区的田间实验.

根瘤菌的竞争结瘤能力提高对提高接种剂的应用效果至关重要.为提高根瘤菌的共生固氮和竞争结瘤能力,从大豆慢生型根瘤菌USDA110中扩增1-氨基环丙烷-1-羧酸脱氨酶(ACC脱氨酶)基因和其上游调控序列,通过两亲本接合转移导入华癸中慢生根瘤菌7653R、大豆快生型根瘤菌HH103和SMH12,构建含有ACC脱氨酶的重组根瘤菌.结果显示:在土壤盆栽条件下,接种导入ACC脱氨酶的重组菌7653R,宿主植物地上鲜重、瘤数、瘤重和固氮酶活均显著增加,竞争结瘤能力提高22.6％;接种重组菌HH103,植物地上鲜重、瘤重和酶活显著增加,瘤数增加,竞争结瘤能力提高28.9％;接种重组菌SMH12,植物地上鲜重、瘤数、瘤重和酶活增加,未到达显著性,但竞争结瘤能力提高25.4％.本研究表明构建的3个重组根瘤菌具有良好的共生固氮和竞争结瘤能力,可作为有潜力的优良菌株应用到田间试验.

西南岩溶石漠化山区水土流失严重、养分贫瘠,导致植被恢复困难.为探究固氮菌对岩溶石漠化地区造林苗木的生长促进效应,该文以广西石漠化地区常见造林树种香樟、任豆、喜树和台湾相思苗木为材料,利用平板稀释法从石漠化乡土植物根际土壤筛选固氮菌,通过测定固氮酶活性及鉴定固氮菌菌种,选择固氮酶活性较高的菌种制成复合菌剂接种到试验苗木进行盆栽试验.结果表明:共筛选得到6株具有固氮能力的根际促生菌,分别属于根瘤菌属(Rhizobium)、中华根瘤菌属(Sinorhizobium)和黄杆菌属(Flavobacterium),其中归类为根瘤菌属的3株固氮菌酶活性较高.复合菌剂接种试验表明接种固氮菌对造林苗木的生长具有明显促进作用.与未接种处理相比,接种处理苗木的株高、叶面积、生物量以及叶绿素含量均显著增长;同时苗木的氮、磷、钾含量也有不同程度的增加.其中,香樟、任豆、喜树和台湾相思的氮含量分别提高了28.9％、53.1％、37.0％和31.6％;香樟、台湾相思的磷含量分别增加了25.6％和42.5％;任豆、台湾相思的钾含量分别增加了57.5％和49.7％.接种石漠化乡土固氮菌能够显著促进造林苗木生长和养分含量,在石漠化植被修复中具有较好的应用前景.