全 文 ：　 　 倡 欧盟国际合作计划项目 （ICA４唱CT唱２００１唱１００５６）部分研究内容
收稿日期 ：２００５唱０９唱１２ 　 改回日期 ：２００５唱１１唱２８
山西省费氏中华根瘤菌数量分布及特性探析 倡
史清亮１ 　白成云１ 　温月香１ 　杨苏声２ 　王 　磊２
（１ ．山西省农业科学院土壤肥料研究所 　 太原 　 ０３００３１ ；２ ．中国农业大学生物学院 　 北京 　 １０００９４）
摘 　 要 　 费氏中华根瘤菌（ Sinorhzobium fredii）的区域分布与抗逆特性比较明显 ，在山西省石灰性土壤环境条件
下 ，其数量分布达 ５１００ ～ ５１０００００ 个／ g（土） ，约占土著大豆根瘤菌的 ９９ ．４ ％ 。 该菌群与当地晋豆品种的自然结瘤率
达 ８０ ％ 以上 ，是山西省高感土著大豆根瘤菌的主要类群和资源优势 ，而与美国大豆“Osumi”等品种不亲和 ，几乎不
结瘤 。 供试高效费氏中华根瘤菌株与当地“晋豆 １９”与“晋豆 ２０”等主栽品种具有较好的结瘤固 N 效果 。 费氏中华
根瘤菌的产酸性能有利于在山西省碱性土壤中生存 ，其活化根际养分效应与结瘤固 N 效果可能同等重要 。
关键词 　 山西 　 费氏中华根瘤菌 　数量分布 　 特性
Quantitative distribution and character analysis of Sinorchizobium fredii in Shanxi Province ．SHI Qing唱Liang１ ，BAI
Cheng唱Yun１ ，WEN Yue唱Xiang１ ，YANG Su唱Sheng２ ，WANG Lei２ （１ ．Soil and Fertilizer Research Institute ，Shanxi Acade唱
my of Agricultural Sciences ，Taiyuan ０３００３１ ，China ；２ ．College of Biological Sciences ，China Agricultural University ，Bei唱
jing １０００９４ ，China） ，CJEA ，２００７ ，１５（３） ：１２０ ～ １２２
Abstract 　 There is a wide dist ribution of Sinorchi zobium fred ii ，a stress resistant rhizobium in Shanxi Province ．The
quantified number of Sinorchi zobium fredii is between ５１００ ～ ５１０００００／g of soil ，about ９９ ．４ ％ of the total indigenous
soybean rhizobial population in Shanxi ．These rhizobia st rains are found to nodulate on local “Jindou” soybean cultivars at a
minimum level of ８０ ％ ，but not at all on western “Osumi” soybean cultivars ．Effective st rains of S ． f redii are observed to
have good inoculation and nitrogen fixing capability on local soybean cultivars ‘Jindou １９’ and ‘Jindou ２０’ ．They are also
found to have acid production activity and well adapted to the alkaline soils of Shanxi ．This character is observed to activate
rhizospheric nutrition which may be equally impor tant in the nodulation and fixation activities of the rhizobia st rains ．
Key words 　 Shanxi ，Sinorchi zobium f red ii ，Quantitative distribution ，Characteristics
（Received Sept ．１２ ，２００５ ；revised Nov ．２８ ，２００５）
自 ２０ 世纪 ８０ 年代初分离和确认快生型大豆根瘤菌［９］后 ，其在 ８０ 年代末被定名为费氏中华根瘤菌
（ Sinorh zobium f redii）［１０］ 。 关于费氏中华根瘤菌的理化特性报道较多［１ ～ ３］ ，经血清学分析鉴定 ，曾在山西
省发现了两个新的血清型菌株［４］ ，其区域分布和结瘤固 N 的生态学特性与大豆起源地有关［５］ ，具有明显的
地域性生态学差异 。 本研究探讨了山西省费氏中华根瘤菌的区域数量分布与高感菌株的生态学特性 ，为在山
西省及黄土高原地区推广应用费氏中华根瘤菌菌剂 ，发挥区域固 N 资源优势 ，提高农业经营效益提供依据 。
1 　 试验材料与方法
试验自 ２００２ 年分别在山西境内平川两个生态区（春播和夏播灌溉区） 、山区两个生态区（太行与吕梁旱
作区）采集根瘤样本 ２００ 余份 ，每个生态区选择 ５０ 个根瘤样本 ，分类编号放入灭菌器皿内 。 用 ９５ ％ 的酒精
和 ０ ．１ ％ 的升汞溶液分别定时表面消毒 ，然后用无菌刀切瘤 ，取一半直接在培养皿的选择性培养基上划线分
离与纯化 ，共获得近 ２００ 个纯化菌株 。 对分离自不同生态区大豆根瘤样品的纯化菌株进行革兰氏染色 、世代
时间测定 、刚果红吸色 、BTB 反应 、耐盐性能和耐碱性测定 ，实验所用培养基配方及测定方法参照文献［４］ 。
供试大豆品种为“晋豆 １９” 、“晋豆 ２０”和“白黑豆” ，均为山西省主栽品种 ，“Osumi”品种由欧盟项目引自
美国 。 供试根瘤菌株为费氏中华根瘤菌“J１９唱１” 、“J１９唱６”和“S２０唱１” ，分离自山西省的介休夏播区与寿阳旱作
区 ，“WHG１２”和“S５１”来自欧盟项目菌种库的 ２ 个参照菌株 。 以“晋豆 １９” 、“晋豆 ２０” 、“白黑豆”与“晋遗 １１”
为捕捉品种 ，试验用土壤主要采集于山西省平川地区太原市与介休市的石灰性褐土 、太行山区寿阳县的褐
第 １５卷第 ３ 期 中 国 生 态 农 业 学 报 Vol ．１５ 　 No ．３
２ ０ ０ ７ 年 ５ 月 Chinese Journal of Eco唱Agriculture May ，　 ２００７
土性土与吕梁山区柳林县的黄绵土壤 ，采用植物感染结瘤法（MPN 技术）进行土壤含菌量测定［１１］ 。 选择 ６０
株当地分离的费氏中华根瘤菌纯化菌株 ，在山西省主栽大豆“晋豆 １９”与“晋豆 ２０”品种上进行无菌蛭石的初
筛与复筛回接筛选 。 最后选出 ３ 个优良菌株和 ２ 个参照菌株进行接种对比试验 ，同时设置不接种空白与施
N 对照 ，共 ７ 个处理 ４ 次重复 。 大豆种子经 ０ ．２ ％ HgCl２ 灭菌后催芽 、接种 ，并栽入含有无菌蛭石的塑料杯
内 ，杯底通有无菌纱布 。 然后将塑料杯放入装有 Fahraeus 无 N 植物营养液（pH６ ．８）的广口玻璃瓶中 ，每杯
栽培 １ 株豆苗 ，光照培养 ６０d后调查结瘤情况 ，测定供试植株的结瘤特性 、植株干重与茎叶含 N 量 。
2 　 结果与分析
2畅1 　 山西省大豆根瘤菌的分型鉴定与特性分析
为调查费氏中华根瘤菌在山西省的分布情况 ，本研究选择具有代表性的生态区 ，从不同土壤类型中采集根
瘤 、分离纯化菌株 ，进行了分型鉴定 。 测定结果表明 ，山西省境内的快生型费氏中华根瘤菌分布广泛 ，约占土著
大豆根瘤菌的 ９９ ．４ ％ ，是山西省大豆侵染结瘤的主要类群和资源优势（表 １） 。 这与从碱性土壤分离出快生型
大豆根瘤菌的频率高 ，在太原市大豆种植区的根瘤中分离不到慢生型菌株［６］的结论一致 。 在山西省分离的费
氏中华根瘤菌的常见生理特征为革兰氏染色阴性 ，世代时间小于 ６h ，刚果红不吸色 ，BTB反应变黄（产酸） ，一般
能在 ０ ．２mol／L NaCl 培养基上生长 ，一
些菌株可耐受 ０ ．３mol／L NaCl ；其耐碱性
较强 ，可在 pH ８ 以上条件下生长 ；此外 ，
山西省费氏中华根瘤菌的品种选择性比
较强 ，与当地“晋豆 １９” 、“晋豆 ２０”等晋
字号品种的亲和性好 ，结瘤多 ，而与西方
大豆品种相容性差 ，如与美国“Osumi”品
种的亲和性很低 ，几乎不结瘤 。
表 1 　 山西省快生型与慢生型大豆根瘤菌的比例调查
Tab ．１ 　 The ratio of fast唱 and slow唱growing rhizobia st rains in Shanxi Province
采集地点
Collect ion sit es
地区
Areas
快生型比例 ／ ％
Percent age o f fast唱gro w er
慢生型比例 ／ ％
Percentag e o f slow唱gro wer
寿阳 太行旱作区 １００ ．０ ０ ．０
介休 平川夏播区 ９７ ．４ ２ ．６
柳林 吕梁旱作区 １００ ．０ ０ ．０
太原 平川春播区 １００ ．０ ０ ．０
2畅2 　 山西省费氏中华根瘤菌的数量分布
　 　 数量测定结果表明 ，山西省大豆产区石灰性土壤中含有大量费氏中华根瘤菌 ，该群菌株的抗逆性较强 ，
表 2 　 山西省费氏中华根瘤菌的数量分布
Tab ．２ 　 Quantitative distribution of S ．f redii in Shanxi Province
采样地点
C ollection sites
土壤类型
Soil t ypes
土壤 pH
Soil pH
大豆品种
Soybean cultiva r
土著菌数 ／cfu·g － １（土 ）
Indigenous strains
寿阳 褐土性土 　 ８ ．３３ 晋豆 ２０ ４３００００ ～ ５１０００００
介休 石灰性褐土 ８ ．２７ 晋豆 １９ ４２０００ ～ ５１００００
柳林 黄 绵 土 ８ ．３７ 白黑豆 ４２０００ ～ ５１００００
太原 石灰性褐土 ８ ．２２ 晋遗 １１ 号 ５１００ ～ ６２０００
能在 pH ８ 以上环境中生长 ，数量生态分
布以 ９５ ％ 的置信界限达 ５１００ ～ ５１０００００
个／g（土）（表 ２） 。 在所测定土壤中每克土
中含菌量一般在 １ 万个以上 ，多于豇豆族
根瘤菌群的数量生态分布 。 后者在多数
土壤中每克含菌量在 １ 万个以下［７］ 。
2 ．3 　 费氏中华根瘤菌在自然条件下的结
瘤性能
采用当地大豆选育品种 、农家品种与美国“Osumi”品种 ，在山西省不同地区进行不接种根瘤菌的大田小
区试验 ，调查表明 ，由于当地土著费氏中华根瘤菌与美国大豆品种的不亲和性 ，在山西省土壤中播种的美国
表 3 　 不同大豆品种与当地土著根瘤菌的结瘤特性和产量表现
Tab ．３ 　 Nodulation and seed yield of soybean cultivars with different st rains of indigenous rhizobia
大豆品种
Soybean
cul tivar s
栽培地点
Cult ivation
si tes
土壤类型
Soil ty pes
结瘤率／ ％
Nodulation
rat e
单株结瘤数／个
Nodule number
主根瘤 总根瘤
Main root T otal
栽培密度 ／株 ·hm － ２
Sow ing
densit y
茎叶重／g
Plant shoo t
dry w eight
籽粒重／g
Seed
yield
晋豆 １９ 太原 石灰性褐土 　 　 ８０ ．０ 　 　 ３ ．２ 　 １２ ．８ ２２５０００ ２０ ．８ 　 　 ２０ ．２
介休 石灰性褐土 ８５ ．０ ３ ．０ １４ ．０ ２２５０００ １８ ．０ １９ ．４
晋豆 ２０ 寿阳 褐土性土 １００ ．０ １１ ．１ ３９ ．８ ２０００００ １７ ．３ ９ ．９
柳林 黄 绵 土 １００ ．０ ７ ．２ １６ ．６ １２５０００ ３４ ．０ ２１ ．０
白黑豆 中阳 黄 绵 土 １００ ．０ ６ ．８ ３８ ．６ １２５０００ ３４ ．０ ２２ ．０
太原 石灰性褐土 １００ ．０ １２ ．３ ４１ ．０ ２０００００ １１ ．７ １３ ．３
Osumi 太原 石灰性褐土 ３ ．４ １ ．４ ３ ．５ ３０００００ ９ ．７ １０ ．８
介休 石灰性褐土 １ ．５ ０ ．３ １ ．５ ３０００００ ６ ．５ ７ ．０
寿阳 褐土性土 ８ ．０ ０ ．８ ３ ．４ ３０００００ １６ ．０ １０ ．４
柳林 黄 绵 土 ０ ．０ ０ ．０ ０ ．０ ３０００００ １７ ．０ １２ ．０
第 ３期 史清亮等 ：山西省费氏中华根瘤菌数量分布及特性探析 １２１　
“Osumi”品种的结瘤率很低 ，甚至不结瘤 。 这与山西省曾在 ２０ 世纪 ８０ 年代引进美国其他大豆品种不结瘤
的结果相一致 。 但费氏中华根瘤菌与当地主栽品种的结瘤性能良好 ，结瘤率达 ８０ ％ 以上（表 ３） 。 由于主栽
大豆品种的不同 ，其结瘤性能有所差异 ，但多数结瘤良好 ，尤其是农家品种 “白黑豆”与新选育的多瘤品种
“晋豆 ２０”的结瘤固 N 效能更好一些 ，茎叶干重与籽实产量也均好于美国“Osumi”品种 。
2畅4 　 费氏中华根瘤菌的结瘤固 N效果
费氏中华根瘤菌的接种对比试验结果表明 ，接种费氏中华根瘤菌高效菌株可明显增加当地主栽品种的
结瘤数量和植株干重 。 在供试 ５ 个菌株中 ，平均单株结瘤数量为 ２４ ．５ 个 ，植株干重比对照增加 ３１ ．７ ％ ～
６５ ．０ ％ ，平均为 ５４ ．５ ％ 。 其中有 ４ 个菌株的植株干重接近或超过施 N 处理 。 供试菌株的植株茎叶含 N 量
平均达 ２７ ．３mg ，与不接种对照（１５ ．２mg）比较 ，固 N 率高达 ８０ ．０ ％ 。 其中接种“WHG１２”菌株的植株茎叶含
N 量超过施 N 处理（表 ４） ，说明接种“WHG１２”菌株的固 N 效果更为显著 。
表 4 　 费氏中华根瘤菌高效菌株的接种效果
Tab ．４ 　 The effectiveness of inoculation of S ．f red ii
菌株
Strains
单株结瘤数 ／个·株 － １
Nodule number
主根瘤 总根瘤
Main root To tal
茎叶干重 ／g
Plant shoo t dry
w eight
平均 M ean
数量 ／个 重量 ／g
Number Weight
茎叶含 N 量／ ％
Nitrogen content
of sho ot
不接种对照 － － １ ．２０ － １ ．２０ ± ０ ．０９ １ ．２７
施 N 处理 倡 － － １ ．８５ － １ ．８５ ± ０ ．３０ １ ．５５
J１９唱１ １１ ．３ ２２ ．０ １ ．８５ ２２ ．０ ± １１ ．４ １ ．８５ ± ０ ．１７ １ ．２２
J１９唱６ ５ ．８ ３２ ．４ １ ．９６ ３２ ．４ ± ２５ ．０ １ ．９６ ± ０ ．３３ １ ．４４
S２０唱１１ ３ ．７ １５ ．２ １ ．５８ １５ ．２ ± ８ ．０ 　 １ ．５８ ± ０ ．１４ １ ．４６
WHG１２ ７ ．９ ２７ ．８ １ ．９８ ２７ ．８ ± １７ ．１ １ ．９８ ± ０ ．２０ １ ．７４
S５１ ５ ．１ ２５ ．３ １ ．９０ ２５ ．３ ± ８ ．２ 　 １ ．９０ ± ０ ．３４ １ ．５０
　 　 倡 分别在 ２０d 、３０d 、４０d 施用 ３ 次 NH ４ NO３（每瓶每次 ０ ．４g） 。
　 　 由于费氏中华根瘤菌
生长速度快 ，和慢生型大
豆根瘤菌株相比 ，其菌剂
生产周期可大大缩短 。 且
费氏中华根瘤菌的抗逆特
性明显 ，尤其是产酸性能
可能更有利于在山西省碱
性土壤中生存 。 据研究 ，
产酸锦鸡儿根瘤菌 Rhi zo唱
bium sp ．（Caragana）的结
瘤集中分布区的土壤含 N
量比空白地块高 ０ ．０１ ～
０畅０７２个百分点 ，pH值则降
低 １ ．２ ％ ～ １ ．３ ％ ［８］ ，使根际土壤难溶性养分得到活化 ，有效性得以提高 。 据此推测 ，费氏中华根瘤菌由于在
生长过程中产酸而活化根区养分 ，可能与共生结瘤固 N 效果有着同等重要性 。
3 　 小 　 结
费氏中华根瘤菌菌群是山西省碱性土壤中的主要大豆根瘤菌类群 ，其分布具有明显的生态学地域性差
异 ，具有抗逆特性并对大豆品种具有较强的选择性 。 本研究分离筛选出适于石灰性土壤接种使用的高效费
氏中华根瘤菌 ，为今后特效微生物种质资源的区域化研究 、抗逆性选种提供理论依据 。
参 　 考 　 文 　 献
１ 　 葛 　 诚 ．生物固氮的农业应用原理和技术 ．微生物肥料生产应用基础 ．北京 ：中国农业科技出版社 ，２０００ ．２９ ～ ４２
２ 　 喻 　 勇 ，葛 　 诚 ．快生型大豆根瘤菌研究的最新进展 ．土壤学进展 ，１９９１ （３） ：１０ ～ １５
３ 　 葛 　 诚 ，徐玲玟 ．快生型大豆根瘤菌 G ＋ Cmol ％ 测定及与其他根瘤菌之间的 DNA 同源性 ．中国农业科学 ，１９９０ ，２３ （２） ：４５ ～ ５０
４ 　 冯瑞华 ，樊 　 惠 ，徐玲玟 ，等 ．山西省快生型大豆根瘤菌资源调查和鉴定 ．土壤学报 ，１９９１ ，２８ （１） ：７３ ～ ８１
５ 　 葛 　 诚 ，樊 　 惠 ，徐玲玟 ，等 ．快生型大豆根瘤菌结瘤竞争研究及其在田间自然分布调查 ．大豆科学 ，１９８６ ，５ （４） ：３２７ ～ ３３３
６ 　 葛 　 诚 ，江木兰 ．不同来源的快生型大豆根瘤菌质粒组成的多样性 ．微生物学报 ，１９９１ ，３１ （４） ：３２５ ～ ３２８
７ 　 史清亮 ，马玉珍 ．山西土著花生根瘤菌的数量分布及其共生结瘤固氮特性 ．山西农业科学 ，１９９９ ，２７ （２） ：４９ ～ ５１
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９ 　 Keyser H ．H ．，Bohlool B ．B ．，Hu T ．S ．， et al ．Fast唱grow ing rhizobia isolated from root nodules of soybean ．Science ，１９８２ ，２１５ （４５４０） ：１６３１ ～ １６３２
１０ Chen W ．X ．，Yan G ．H ．， Li J ．L ．Numerical taxonomic study o f fast唱gro w ing soybean rhizobia and a proposal that Rhizobiu m f r edi i be as唱
signed to Sinorhi zob iu m gen ．nov ．in t ． J ．Syst ．Bact erio l ．，１９８８ ，３８ （４） ：３９２ ～ ３９７
１１ Brochw ell J ．E xperiments w ith c rop and pasture legumes princip le and pract ice ．Me thods fo r Evaluat ing Biological N itrogen Fixat ion ．New
York ：John Willey and Sons ，１９８０ ．４１７ ～ ４８８
１２２　 中 国 生 态 农 业 学 报 第 １５ 卷