不同环境因子对紫花苜蓿—根瘤菌共生体系的影响

【摘要】：紫花苜蓿是一种多年生豆科草本植物,是世界上分布最广泛的豆科牧草,有很高的农业经济价值,被称为牧草之王:紫花苜蓿—根瘤菌共生固氮体系是自然界效率较高的固氮体系之一,能减少化学肥料的施用量,对于保护环境和农业的可持续发展具有重要意义;然而,随着人类文明的不断发展,自然环境遭到前所未有的破坏,环境因子的限制成为共生体系不能在农业生产上充分发挥作用的重要原因。 重金属污染日益严重,是倍受全球关注的环境问题之一,其中,铅和镉污染尤为突出;另外,紫色土是我国一种重要的土壤资源,在西部地区分布面积较大。然而,国内外有关这些环境因子对紫花苜蓿—根瘤菌共生体系影响的报道较少。本文采用室内培养、盆栽试验以及田间对比等方法详细研究了重金属铅和镉对紫花苜蓿种子萌发、植物体的生长和共生结瘤固氮的影响以及不同紫色土上的土著紫花苜蓿根瘤菌的分布、紫花苜蓿的生长和共生结瘤固氮等方面,旨在考察紫花苜蓿—根瘤菌共生体系的抗逆性和适应性,为构建高效、抗逆的共生固氮体系和镉、铅污染区域的生物修复以及寻找适宜不同紫色土的高效共生体系和充分利用紫色土资源发展牧业提供一点参考依据。研究结果如下: 1 镉对紫花苜蓿种子萌发和幼苗生长的影响 Cd~(2+)浓度在0mg·kg~(-1)～10mg·kg~(-1)范围内,对紫花苜蓿种子发芽率影响不大。当浓度达到30mg·kg~(-1)以后,它对发芽的抑制作用表现非常明显,发芽势和发芽率均急剧下降。种子萌发以后,其植物体的抗性大大不如种子,在低浓度Cd~(2+)中表现尤为突出;不同浓度的Cd~(2+)对芽和幼根的生长均有明显的抑制作用,且对幼根的抑制作用大于芽;对活力指数也有显著影响,基本上是随着Cd~(2+)浓度的增加,对幼苗生长的抑制作用不断增强,活力指数不断下降;高浓度Cd~(2+)对紫花苜蓿幼苗生长的毒害作用非常明显,当浓度达到50mg·kg~(-1)以后,幼苗的生长几乎被抑制。 2 铅对紫花苜蓿种子萌发和幼苗生长的影响 Pb~(2+)的浓度在0mg·kg~(-1)～100mg·kg~(-1)范围内,铅对苜蓿种子萌发的影响差异不大,没有产生明显的抑制作用;但该浓度范围内,各加铅处理的幼苗生长均受到一定程度的抑制作用。当Pb~(2+)溶液浓度再继续增加,达到250mg·kg~(-1)以后,其对紫花苜蓿种子的萌发以及幼苗的生长均表现出非常明显的毒害作用。另外,研究结果还表明紫花苜蓿幼苗对铅表现的抗性明显不如种子,铅对幼根的毒害作用要比芽更明显。 3 镉对紫花苜蓿生长和结瘤固氮的影响 土壤中镉浓度较低时,镉对紫花苜蓿地上部分生物量、株高和叶绿素含量影响不大;土壤中镉添加量达到3.0mg·kg~(-1)后,随着添加量的不断增加,各指标均不断下降。镉在紫花苜蓿