[01559817]间作豆科作物对甘蔗联合固氮的影响

1. 课题来源与背景 课题来源是国家自然科学基金项目（31471449）。广西是我国的最主要的甘蔗产区,总产量占全国60%以上,但蔗区土壤肥力低,年施用氮肥需要投入数亿元,通过蔗豆间作和适度施氮可能提高豆科作物共生固氮和甘蔗联合固氮的效率,提高蔗田氮肥利用率,减少生产成本投入,减少环境污染。 2. 研究目的与意义（1）研究目的：①揭示甘蔗与大豆、花生间作能否诱导比甘蔗单作下更高水平的联合固氮。②揭示间作下不同甘蔗种质联合固氮效率的差异和体内功能固氮菌群落的差异。③揭示间作下与大豆、花生结瘤固氮的根瘤菌能否与甘蔗联合固氮。 （2）意义：解析间作下甘蔗体内的主要功能固氮菌,分离筛选高效的联合固氮根瘤菌,为找到切实提高甘蔗联合固氮效率的甘蔗种质、固氮菌和栽培方式提供依据。 3. 主要论点与论据（1）在适度低氮条件下进行不同甘蔗品种与大豆、花生间作,比较对低氮胁迫适应能力不同的甘蔗品种在伸长盛期和成熟期指示叶中的15 N 丰度,评估不同甘蔗品种在单作和间作下的联合固氮水平。（2）在甘蔗和间作大豆、花生的不同生长期,扩增、解析单作和间作下甘蔗的根和茎内及间作大豆和花生根瘤内功能固氮菌的 nifH 转录组,确定不同甘蔗品种体内的主要功能固氮菌种类、单作和间作下甘蔗体内功能固氮菌的异同及甘蔗体内与大豆、花生根瘤内功能固氮菌的异同。（3）从甘蔗体内、大豆和花生根瘤内分离筛选出与甘蔗联合固氮的根瘤菌及其他主要功能固氮菌,以甘蔗内生固氮菌模式菌株 G. diazotrophicus PAL5 和广西主栽品种新台糖 22 号为参照,筛选高效的甘蔗联合固氮体系。 4. 创见与创新（1）蔗豆间作下,某些与豆类结瘤而增殖的根瘤菌有少数可能在根瘤衰老后被释放到土壤中,再进入间作甘蔗体内联合固氮;甘蔗间作豆科作物可能为甘蔗自然接种根瘤菌,有可能实现根瘤菌与甘蔗联合固氮,找到一条提高甘蔗联合固氮效率的新途径。（2）本项目将间作大豆、花生视为对甘蔗接种根瘤菌,以田间甘蔗植株内固氮菌表达nifH的频率和水平来辅助评估联合固氮的频率和水平,是一种新探索。 5. 社会经济效益 在研究证明间作豆科作物对甘蔗生物固氮和生长的有利的基础上,我们建立了甘蔗与豆科作物合理间作的模式,在不同蔗区进行示范,同时通过现场和会议培训等方式开展技术培训,促进了该项技术在生产上的应用。同时,通过甘蔗与豆科作物合理间作,并合理利用甘蔗的生物固氮特性,降低氮肥施用量高达 75%,有效地提高了氮肥利用率和甘蔗蔗糖分,降低了甘蔗生产成本,保护了生态环境,为提高甘蔗糖业竞争力作出了贡献。 6. 成果简介 发表论文 18 篇,其中在 SCI 刊物发表论文 11 篇,非 SCI 国际刊物 3 篇,中文核心刊物 3 篇,国际会议全文发表 1 篇;获授权发明专利 2 项;先后培养博士后 3 人,博士生 3 人,硕士生 12 人。 7. 存在的问题（1）收集和分离到大量细菌菌株的鉴定和进一步的分析研究还在进行中,需要多方面争取经费支持。今后会继续争取国家自然科学基金和广西区自然科学基金的相关研究支持。（2）本项目许多研究结果还在进一步整理中,若干重要的论文迄今还未完成,结果整理后还需要一段时间才能发表。