中国河南中东部及北部地区花生根瘤菌多样性研究：碱性土壤中慢生根瘤菌（Bradyrhizobium）群落结构与共生特性解析

这篇研究首次系统揭示了河南中东部及北部碱性土壤中花生根瘤菌的多样性特征。通过PCR-RFLP和多位点序列分析（MLSA）鉴定出212株菌株分属28个IGS型，优势种为慢生根瘤菌（B. liaoningense，占49%），并发现2个潜在新种。研究通过主成分分析（PCA）阐明菌群分布与土壤pH、有效氮（AN）等因子的相关性，筛选出兼具高效固氮（nifH/nodC基因型）和耐盐碱特性的菌株，为黄河流域花生种植区微生物肥料开发提供理论基础。

　　

研究背景与意义
作为中国最大的花生生产基地，河南省的种植区域可分为南部、中部、东部和北部四大产区。既往研究仅聚焦于南部酸性土壤区的花生根瘤菌群落，而占全省过半面积的中东部及北部碱性土壤区尚未被系统探索。花生与慢生根瘤菌（Bradyrhizobium）的共生关系可提供40-200 kg/hm²
的年固氮量，替代35-76%的化学氮肥需求。本研究填补了该区域微生物资源研究的空白，对开发地域适应性接种剂具有重要意义。

材料与方法创新点
在2023年花生花期，从河南6个代表性田块（郑州荥阳XY、开封祥符KF等）采集10-20 cm根际土壤。采用"花生诱捕法"在温室条件下分离212株根瘤菌，通过核糖体基因间隔区（IGS）的PCR-RFLP分析进行初筛，选用HaeIII/MspI/HhaI三种限制性内切酶获得28种酶切图谱（IGS型）。从30株代表菌株中扩增16S rRNA及5个持家基因（atpD/gyrB/dnaK/rpoB/glnII），采用最大似然法（ML）构建系统发育树。通过PCA分析菌群分布与土壤理化性质（pH 7.4-8.66、有机质OM、速效磷AP等）及气候因子（年均温19.9-20.9°C、海拔54-157 m）的关联性。

核心发现

1. 物种多样性特征
   菌株全部归属于慢生根瘤菌属，形成5个进化分支：

• 优势种B. liaoningense（49%）与大豆分离株LMG 18230^T
  相似度达98.5-100%
• B. zhengyangense（27%）为河南本土物种
• 两个潜在新种（暂定名Bradyrhizobium genosp. I/II）占17%
  值得注意的是，与南部酸性土壤区相比，碱性土壤中B. guangdongense等酸偏好物种完全缺失，而B. liaoningense表现出显著的耐碱特性。

1. 共生基因特征
   nodC/nifH基因分型揭示6种共生型：

• 3种为花生专属型（含已知sv. arachidis）
• 3种源自其他宿主（如大豆共生型sv. glycinearum）
  特别在B. liaoningense菌株WYCCWR 15493中检测到通常存在于菜豆根瘤菌的sv. cajani基因型，暗示跨宿主基因水平转移现象。

1. 环境驱动机制
   PCA分析显示：

• IGS型1/3/15等与高温（AveTmax）、速效氮（AN）正相关（r>0.7）
• IGS型16/25等偏好高海拔（Alt>120m）和强碱性（pH>8.5）环境
• B. zhengyangense的分布与年降雨量（AvePrecp=724mm）显著相关

应用潜力评估
通过45天盆栽试验筛选出XC-3（B. liaoningense）、PY-1（genosp. II）等高效菌株，其接种后花生生物量达对照组的3.3倍。耐逆性测试显示：

• 14株菌耐受pH5-11极端条件
• 7株在2% NaCl浓度下生长
• 菌株PY-7甚至耐受3%盐浓度
  这些特性使其特别适合黄河流域盐碱地改良。

研究启示
该工作首次绘制了河南中东部及北部花生根瘤菌资源图谱，揭示碱性土壤特异性选择压力塑造了不同于南部酸区的菌群结构。发现的耐逆性菌株为开发"土壤-菌种"匹配型生物肥料提供种质资源，对实现花生绿色增产具有重要实践价值。后续研究需通过全基因组测序确认新分类单元，并开展田间接种验证。