pH值和化合态氮对紫花苜蓿结瘤和固氮效果的影响

豆科植物共生固氮是生物固氮的主要途径，紫花苜蓿（Medicago sativa L．）作为优质的豆科牧草，普遍采用接种根瘤菌来提高其共生固氮能力，但是，许多环境因子常常影响或抑制豆科植物的共生固氮效果。本文通过双层钵结构的盆栽试验，采用两种环境因子pH值和化合态氮，设定不同的梯度和化合态氮浓度，分别测定植株干重、叶绿素含量、总根瘤数、固氮酶活性、总氮含量等生理生化指标，观察这两种环境因子对紫花苜蓿-根瘤菌共生固氮效果的影响，试验结果表明： 1．pH值的变化对根瘤菌生长的影响显著，主要抑制根瘤菌对植株根部的侵染，过高或过低的pH值对根瘤菌的生长均具有抑制作用，pH＜4.5或pH＞10.5时，根瘤菌的增长速率几乎为零，基本处于停滞状态，根瘤菌生长最适的pH值范围为6.5～7.5。 2．pH＜6.5时，植株的干重、总氮含量和固氮酶活性随着pn值的增加而增加，pH＞7.5时，这三个指标呈下降趋势。各个水平间差异显著，说明pH值对这三个指标的变化具有显著影响，同一水平不同处理间也存在差异显著性，说明不同的苜蓿品种和不同的根瘤菌进行匹配，对酸碱的耐受性不同。根瘤菌SM1和SM5同巨人201匹配表现出一定的耐酸性，根瘤菌SM1和USDA1002同驯鹿进行匹配时表现出一定的耐碱性。 3．低浓度的化合态氮对共生固氮效果具有促进作用，化合态氮浓度超过5mmol／L时，根瘤菌对根毛的侵染产生抑制作用，根毛的变形率减少，固氮酶活性降低，而植株的干重和总氮含量随着化合态氮浓度的提高而增加，说明，化合态氮作为植株生长的主要养分，对植株的生长具有促进作用，但是对固氮效果却具有抑制作用。 4．由于同化NH4+-N的过程中的呼吸消耗量少于同化NO3--N的过程，从而减少了共生固氮与同化化合态氮两个过程对光合产物的竞争，导致NH4+-N处理下植株的干重比NO3--N处理下植株的干重高，且总氮含量也较高；由于同化NO3--N的关键酶-NR与固氮酶对钼存在竞争性，减少了钼铁蛋白的形成，从而降低了共生固氮的固氮酶活性，导致NO3--N对固氮酶活性的抑制作用强于NH4+-N。 5．在不同pH值的情况下，叶绿素含量的测定结果虽呈现一定的变化规律，但与植株干重、总氮含量和固氮酶活性这三个指标之间相关不显著，同时，在不同化合态氮浓度变化的情况下，叶绿素含量随着化合态氮浓度的增加而增加，说明化合态氮对植株的生长具有促进作用，但是，叶绿素同植株干重、总氮含量和固氮酶活性这三个指标之间也表现出相关性不显著，说明，叶绿素含量这个指标在这两个因素变化的情况下，不能作为衡量固氮效果的间接指标。