紫花苜蓿内生和非内生根瘤菌多样性及共生差异

【背景】对根瘤菌多样性的研究有助于推进根瘤菌种质资源的利用。【目的】研究紫花苜蓿内生和非内生根瘤菌的表型和遗传多样性,比较菌株在5个苜蓿品种上的共生效应,验证根瘤菌群体共生效应由苜蓿品种决定的假设。【方法】从甘肃省白银会宁旱作区、兰州安宁灌区、武威凉州灌区3个栽培区域的陇中、清水、WL168HQ、甘农3号、甘农9号等紫花苜蓿品种中分离内生(植株种子、花、叶、茎、根表皮、根中柱和根瘤)和非内生(根际土壤和田间土壤)根瘤菌菌株,通过表型数值分类、 16SrRNA基因限制性片段长度多态性(Restrictionfragmentlengthpolymorphism,RFLP)、16S rRNA基因测序、持家基因多位点序列分型(Multilocus sequence typing,MLST),以及结瘤基因nodC和固氮基因nifH片段序列测定,研究紫花苜蓿根瘤菌的表型和遗传多样性,并采用主成分分析研究根瘤菌菌株在5个紫花苜蓿品种上的共生效应差异。【结果】共分离得到43株内生根瘤菌和10株非内生根瘤菌,叶片和花中没有分离到根瘤菌菌株。53株根瘤菌以及对照菌株R.GN5和S.12531表型特征数值分类聚为8个群,菌株表型多样性丰富。经16SrRNA-RFLP分析共形成22种RFLP分型组合,基因型Ⅰ分布最广泛(24),其次为基因型Ⅻ(5)、ⅩⅤ(5)和ⅩⅨ(3),其余16株菌各代表1种基因型,菌株遗传多样性丰富。16S rRNA基因测序和MLST分析将所有菌株划分为Rhizobiumradiobacter、R.rosettiformans和Ensifermeliloti。仅从7株E.meliloti代表菌株和对照菌株S.12531中扩增到nodC和nifH基因,说明E.meliloti菌株均能结瘤固氮。E.meliloti菌株G3L3接种甘农3号,LP3、LL1和LL2接种陇中,QL2接种清水,LL1、LL2和WLP2接种WL169HQ苜蓿均能显著促进植株的单株结瘤数、地上干重和粗蛋白含量。E.meliloti菌株接种甘农3号、甘农9号和清水苜蓿品种后所有参数值在PC1轴上分别聚在-1-1之间,在PC3轴上聚在-1.5-1.5之间;接种陇中和WL168HQ苜蓿的参数值较分散,PC1轴上分散在-1.5-4之间,PC3轴上分散在-3-4之间。【结论】紫花苜蓿内生和非内生根瘤菌菌株多样性丰富,表型和遗传多样性与其来源没有直接关系。菌株G3L3与甘农3号,LP3、LL1、LL2与陇中,QL2与清水、LL1、LL2、WLP2与WL169HQ苜蓿品种共生匹配和适应能力强。在甘农3号、甘农9号和清水紫花苜蓿品种上群体共生效应相似,在陇中和WL168HQ紫花苜蓿上共生效应差异明显。本研究内生和非内生根瘤菌菌株的群体共生效应根据苜蓿品种而定,根瘤菌菌株与苜蓿品种间的信号识别程度存在差异。

Diversity and symbiotic difference of endophytic and non-endophytic rhizobia of alfalfa (Medicago sativa L.)