紅小豆根瘤菌結瘤數與農藝性狀之間的相關性分析研究

王彩萍等

摘 要：為了探索紅小豆根瘤菌在大田中的結瘤數特性，發現不同生態類型紅小豆根瘤菌結瘤數之間的差異，研究以65份不同生態類型的紅小豆種質資源材料為研究對象，通過對其農藝性狀及根瘤菌結瘤數大田采集，計算機數據分析，結果表明在不同性狀的紅小豆之間結瘤數表現出較大的差異，匍匐類型紅小豆結瘤數均值高出直立類型23.97；極差高出值為32.3。通過各性狀之間相關性分析結果顯示：結瘤數和紅小豆的株高、主莖分枝、單株結莢數，單株莢粒數表現出極顯著正相關，相關系數分別為0.663325、0.410746、0.438036、0.283786；和主莖節數表現顯著正相關相關系數為0.137257；與單莢長、百粒重表現負相關，相關系數分別為-0.08542、-0.3913和百粒重相關達極顯著水平。通過試驗研究得出由于不同生態類型的紅小豆根瘤菌結瘤數存在的差異，育種工作者可以利用這些差異達到創新種質的目的。

關鍵詞：紅小豆；根瘤菌；結瘤數；農藝性狀；相關性

中圖分類號：S-3 文獻標志碼：A 論文編號：cjas14120025

Abstract： The study aims to explore the nodule number characteristics of adzuki bean with rhizobium in field condition， and find the difference from nodule numbers of nodule bacteria in adzuki beans. The author used 65 sets red adzuki beans as the research objects， obtained data in field and conducted the analysis by computer. The results showed that different traits of adzuki beans nodule number had great differences， the mean nodule number of creeping type red adzuki beans was higher than that of the upright type by 23.97； range overtopping value was 32.3. Traits correlation analysis showed that the number of adzuki bean nodulation had extremely and significantly positive correlation with plant height， branch numbers of main stem， number of pods per plant and grains per plant， the correlation coefficient were 0.663325， 0.410746， 0.438036 and 0.283786， respectively； the number of adzuki bean nodulation had a significantly positive correlation with the node number and the correlation coefficient was 0.137257； the number of adzuki bean nodulation had a negative correlation with the single pod length and 100 grain and the correlation coefficients were -0.08542 and -0.3913， respectively， and the correlation with 100 grain weight reached extremely significant level. In conclusion， different ecological types of adzuki bean had different nodulation number， these differences could be used to achieve the purpose of germplasm innovation.

Key words： Adzuki Bean； Nodule Bacteria； Nodule Numbers； Agronomic Traits； Correlation

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種能促使植物異常增生的一類革蘭氏染色陰性需氧桿菌。根瘤菌與豆科植物這個共生固氮體系是已知固氮能力最強的生物固氮體系之一，每年固氮量占全球生物固氮量的65%以上[1]。據聯合國糧農組織（FAO）1995年粗略估計，全球每年由生物固定的氮量已近2×106 t（相當于4×108 t尿素），約占全球植物需氮量的3/4[2]。中國農民利用豆科植物固氮肥田歷史悠長，直至現在仍保留著豆科植物和非豆科植物輪作、套作和間作等耕作制度[3]。中國根瘤菌研究水平最高的是陳文新院士，她從20世紀50年代末開始致力于根瘤菌研究，奠定了中國根瘤菌研究的基礎。目前國內根瘤菌研究不同豆科作物中都有開展，如木本豆科，綠豆，大豆，花生，牧草等[4-6]，也有利用根瘤菌間的抗性差異研究其在環境污染中的修復作用[7-8]。根瘤菌研究利用越來越受到重視，其獨特的功能隨著研究深入將進一步被開發利用。

小豆是豆科作物的一種，中國已有2000多年的栽培歷史，小豆富含淀粉、蛋白質等成分，具有很高的營養價值和藥用價值[9-11]。和其他豆科作物一樣，小豆具有和根瘤菌的共生而固定空氣中游離氮的作用，由于小豆研究人員的匱乏，中國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]，馬玉珍等[14]在小豆上進行過分離、純化、回接原寄主研究及不同來源的菌株結瘤和固氮酶活性檢測。吳寶美等[15]利用不同小豆品種接種不同根瘤菌的結瘤反應試驗，發現激流反應小豆品種不同又差異，可能受檢索資料的范圍的限制，目前尚未檢索到其他和紅小豆根瘤固氮菌的資料，為發現紅小豆根瘤菌的結瘤特性，以及大田中自然環境下根瘤菌和不同生態類型紅小豆之間的關系，筆者對65份紅小豆種質材料根瘤菌結瘤數進行研究，以期為紅小豆育種和根瘤菌固氮研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 植物材料

山西省農科院經濟作物研究所雜糧課題組小豆資源65份試驗材料， 其中株型匍匐、半匍匐的小豆資源24份，直立型的資源41份。2014年5月19日種植于山西省農科院經濟作物研究所食用豆試驗地。前茬作物為綠豆。

1.2 方法

1.2.1 播種及管理方法 露地直播，試驗地秋季深耕曬垡，播前底施農家肥22500 kg/hm2，復合肥750 kg/hm2，春季提前整地，有降雨時及時搶墑播種。耬開溝，手溜籽，小區寬2 m，長20 m，小區由東往西排列，以保證所取植株肥力，地力在同一水平。行距50 cm，株距15 cm，南北行向。3葉期間苗，4葉期定苗，中耕除草2次，全生育期內無補水補肥。

1.2.2 取樣方法 小豆成熟后期在試驗田中隨機取樣，每個樣點長33 cm，寬33 cm，深20 cm，3次重復，以根瘤直徑大于10 mm以上為有效根瘤，田間計根瘤菌結瘤數。

1.3 試驗地環境情況

1.3.1 試驗地概況 試驗地為山西省農業科學院經濟作物研究所的試驗地，前茬作物綠豆，土質為沙壤土。地力狀況中等，土壤有機質偏低，pH偏堿性。

1.3.2 當地氣候狀況 試驗地所在地區屬于典型的大陸季風氣候。具有四季分明、雨熱同步、光照充足的特點。春季干旱，風多雨少；夏季炎熱，雨量集中在7、8、9月，約占到全年降雨量的90%以上。

1.4 試驗儀器

Y802A型8籃恒溫烘箱，40℃的恒溫烘干48 h，KF6102型電子天平稱重，直尺測長。

1.5 數據處理

試驗數據利用Excel2007進行處理。

2 結果與分析

2.1 紅小豆資源的統計參數分析

植株匍匐型紅小豆特點是株型匍匐，植株碩大，主莖無限生長，分枝無限生長，生育期較長，根系龐大，側根發達根毛多。主根和肥大側根結瘤體機加大數量有限，在遠端毛根處結瘤總體數量較多體積小。

從表1數據顯示，變異系數分別是根瘤菌結瘤數>單株莢數>主莖分枝>株高>主莖節數>百粒重>單莢粒數>單莢長。這說明在匍匐狀生態類型中紅小豆主要性狀的和來源地域、不同品種之間差異存在較大的變幅，根瘤菌結瘤數在不同品種資源間的變異幅度最大。根瘤菌結瘤數在不同的品種資源間活躍程度不同。

從極差這個變異指數可以看到單株莢數>株高>根瘤菌結瘤數>主莖節數>主莖分枝>百粒重>單莢粒數>單莢長。從極差數可以看到匍匐狀的紅小豆的根瘤菌結瘤數變幅小點，大致可以推斷在同一地塊同一管理水平條件下品種之間根瘤菌結瘤數可能和品種特性有關外，和根部得發育狀況、根部地下微環境事造成差異的主要原因。

植株直立特性紅小豆特點是株型直立，主莖、分枝有限生長，生育期較短，側根發達，主側根差異小，根系分布較淺，根毛較少，根瘤分布特點是散狀分布在主、側根上。這種根系由于分布較淺很容易受干旱氣象條件影響。

表2數據顯示，直立型的紅小豆8個形狀的變異度表現為：根瘤菌結瘤數>單株莢數>主莖分枝>主莖節數>百粒重>株高>單莢長>單莢粒數。其中根瘤菌結瘤數仍是最活躍的一個性狀，原因大致也和匍匐性狀的紅小豆資源相似。直立型和匍匐型紅小豆資源的株高、單莢粒數變異系數有所不同，兩者在變異系數在排列上均有靠后的變化。可能原因是直立型的株高變異更傾向于品種遺傳，有限生長習性大于環境的作用。單莢粒數和單莢長在2種生態類型中的變異系數均處于后兩位，這2個性狀可能更體現品種的質量性狀，變異系數小也證實了這一特點。

從極差這個指數看，極差的變異指數是單株莢數>株高>根瘤菌結瘤數>主莖節數>百粒重>主莖分枝>單莢長>單莢粒數。前4項匍匐型和直立型的生態類型中表現一致。根瘤菌結瘤數平均極差為20，變幅低于匍匐型的紅小豆，但是從原始數據看，直立型的紅小豆根瘤菌結瘤數是在低水平上波動，直立型的紅小豆資源根瘤菌結瘤數均值遠低于匍匐型類型，但是總體上看在2種生態類型的紅小豆資源中根瘤菌結瘤數差異趨向是一致的。

從育種的角度看差異的存在是培育新后代的基礎，這65份種質資源在紅小豆結瘤數上存在較大的差異，這為將來創造根瘤菌豐富的紅小豆新品種提供了可能。

2.2 紅小豆資源性狀與根瘤菌結瘤數相關性分析

利用紅小豆采集到數據經相關性分析可以看到（見表3），根瘤菌結瘤數和株高，主莖分枝，單株莢數，單莢粒數呈極顯著正相關，和單莢長，和百粒重呈極顯著負相關，和主莖技術成顯著正相關，和單莢長呈負相關。可見根瘤菌的結瘤數和紅小豆的農藝性狀關系密切，在生產中為培肥地力增加根瘤菌的固氮數量可種植株形高大，分枝數多，主莖分枝多，單株莢數多，莢粒數多，莢長較短，百粒重較小的品種。

3 結論與討論

本研究用65份紅小豆植物材料，在大田自然生態環境下對根瘤菌結瘤數開展的研究，基于研究目的的不同，本研究側重于不同資源之間根瘤菌結瘤數差異的研究，目的是篩選差異，發現優異材料為創造新品種提供依據。

本研究結果表明，紅小豆根瘤菌結瘤數確實存在差異，為以育種手段達到改良紅小豆根瘤菌數量的為目的的研究提供了可能。在資源中篩選差異較大的種質資源，通過不同的技術手段創造中間型材料，然后才能篩選符合目標要求的品種，篩選差異和利用差異是選育新品種的前提條件。

土壤條件也是制約根瘤菌發育的重要因素，良好的土壤團粒結構，合適的水利條件也可以促進根瘤菌的發育。前人有通過人工接菌的方法，來研究不同小豆根瘤菌的結瘤數的差異[15]。同時也有對紅小豆根瘤菌的宿主專一性[3，16]也有不同的看法。筆者從根瘤菌結瘤數和品種及農藝性狀之間的差異入手，簡單的分析了其相關性，受資源數量和土壤環境的限制，研究結果有一定的局限性，隨著研究的逐步深入，紅小豆根瘤菌的結菌規律會將逐漸被發現，然后造福人類。

參考文獻

[1] 陳文峰，陳文新.我國豆科植物根瘤菌資源多樣性及應用基礎研究[J].生物學通報，2003，38（7）：1-4.

[2] 沈世華，荊玉祥.中國生物固氮研究現狀和展望[J].科學通報，2003，48（6）：535-540.

[3] 陳文新.中國豆科植物根瘤菌資源多樣性與系統發育[J].中國農業大學學報，2004，9（2）：6-7.

[4] 黃莉莉，張宇，韓素芬，等.木本豆科植物根瘤菌16S rDNA的PCR-RFLP研究[J].林業科技開發，2009，23（4）：69-72.

[5] 張曉霞，馬曉彤，曹艷華，等.姜瑞波接種根瘤菌對不同品種綠豆生長及產量的影響[J].中國土壤與肥料，2012（6）：70-72.

[6] 韓曉增，苗淑杰.連作對大豆根瘤形成和固氮功能影響的研究展望[J].大豆通報，2007，86（1）：43-45.

[7] 曹瑩，馬寧，常佳麗，等.西北部分礦區豆科植物根瘤菌重金屬抗性及16S rDNA RFLP分析[J].農業環境科學學報，2010，29（6）：1156-1163.

[8] 梁建強，段曉丹，崔廣玲，等.西北地區金屬尾礦地根瘤菌的重金屬抗性及其系統發育研究[J].農業環境科學學報，2009，28（6）：1120-1126.

[9] 邢亞靜，張耀文，李蔭蕃，等.小雜糧營養價值與綜合利用[M].北京：中國農業出科學技術版社，2009.

[10] 左聯忠，王彩萍，趙吉平，等.晉小豆2號新品種選育與應用[J].雜糧作物，2006，26（5）：339.

[11] 張耀文，邢亞靜，崔春香，等.山西小雜糧[M].太原：山西農業科學技術出版社，2006.

[12] 熊智，張成剛，張忠澤，等.交叉接種后固氮放線菌基因穩定性研究[J].西南林學院學報，2003，23（3）：1-4.

[13] 潘江，朱萬昌，徐建波，等.毛赤楊根瘤固氮作用的初步研究[J].林業科技，1999，24（2）：6-8.

[14] 馬玉珍，史清亮，王靜.山西省根瘤菌資源的種類與共生效應[J].山西農業大學學報，1998，18（1）：65-69.

[15] 吳寶美，趙波，張李，等.小豆根瘤菌接種結瘤條件分析[J].北京農學院學報，2010，25（3）：1-4.

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