紫花苜蓿与根瘤菌共生过程中固氮效率的动态研究

为明晰紫花苜蓿-根瘤菌共生系统固氮能力的动态变化及高效固氮的发生阶段,提高苜蓿对氮素的转化与利用。以甘农9号紫花苜蓿和苜蓿中华根瘤菌菌株LL11共生组合为研究对象,分析比较接种根瘤菌后紫花苜蓿生长42 d内不同共生阶段的根瘤形态结构、固氮能力、植物表型、可溶性物质含量、氮代谢关键酶活性等指标的动态变化,采用熵权TOPSIS综合评价法探寻共生过程中高效固氮的发生阶段。结果表明:(1)随着共生天数的增加,有效根瘤数、根瘤直径和根瘤重逐渐增大,42 dpi(接种后天数)有效根瘤数(9.3个)、根瘤重(0.0309 g)和根瘤直径(1.43 mm)达到最大;而根瘤内部被侵染的根瘤细胞数目呈先增后减的趋势,35 dpi根瘤内部被侵染的根瘤细胞数目最多(992个);(2)35 dpi的固氮酶活性[0.9619μmol/(g·h)]、豆血红蛋白含量(2.6081 mg/g)、单株固氮潜力(0.0283μmol/h)均显著高于其他共生时期(P<0.05);(3)接种根瘤菌菌株LL11后,甘农9号紫花苜蓿的株高、根长、地上部和地下部干重均显著提升,并在21 dpi或35 dpi出现了增幅高峰(与对照组相比较),在42 dpi达到最大值;(4)根系中可溶性糖含量的最高值和最大增幅发生在21 dpi,而可溶性蛋白含量最高值和最大增幅发生在42 dpi;叶片和根系中的硝酸还原酶(NR)、亚硝酸还原酶(NiR)、谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸合成酶(GOGAT)这4类氮代谢关键酶活性均在35 dpi显著高于其他共生阶段(P<0.05)。通过熵权TOPSIS综合评价分析得出,35 dpi为高效固氮发生阶段,之后固氮效率开始下降。