加拿大胡芦巴生产中苜蓿中华根瘤菌菌株及商业化根瘤菌接种剂的固氮效能评估

本研究通过实验室和温室实验，系统评估了6种商业化根瘤菌接种剂和15株苜蓿中华根瘤菌（Sinorhizobium meliloti）对两个胡芦巴品种（CDC Canafen和Fenucold）的共生固氮效应。研究发现RIZOLIQ TOP-Alfalfa接种剂及USDA1811、USDA1150菌株在结瘤数量、固氮效率（%Ndfa）和干物质产量方面表现优异，证实了特定菌株-品种组合对生物固氮（BNF）效率的显著影响，为加拿大胡芦巴生产提供了可靠的接种策略。

　　

引言

胡芦巴（Trigonella foenum-graecum L.）是一种具有营养、药用和农业价值的一年生豆科植物，其种子和叶片可作为香料、草药、饲料和工业胶体使用。作为古老药用植物，胡芦巴种子富含蛋白质、碳水化合物、脂肪酸、维生素和生物活性化合物，具有胰岛素促分泌和抗糖尿病特性。与其它豆科植物类似，胡芦巴可通过与根瘤菌共生进行生物固氮（Biological Nitrogen Fixation, BNF），其主要共生伙伴为苜蓿中华根瘤菌（Sinorhizobium meliloti）和中介中华根瘤菌（Sinorhizobium medicae），也可与广谱共生根瘤菌Rhizobium tibeticum结合。

在加拿大，胡芦巴自20世纪90年代开始商业化种植，但目前缺乏专用的商业化根瘤菌接种剂，种植者通常使用苜蓿和三叶草接种剂替代。本研究旨在评估6种注册用于苜蓿和三叶草的商业化根瘤菌接种剂及15株USDA收集的S. meliloti菌株对两个胡芦巴品种（CDC Canafen和Fenucold）的共生效果，通过结瘤特性、BNF效率、干物质产量和固氮量等指标，筛选出适合加拿大胡芦巴生产的优良接种剂。

材料与方法

商业化接种剂和纯菌株评估

研究采用Leonard瓶装置在无菌条件下进行接种试验。商业化接种剂包括三种液体型（AZOFIX ALFALFA、RIZOLIQ TOP-Alfalfa、Rizo-Liq Lucerne）和三种颗粒型（Nitragin Gold、Pre-Vail、EXCEED PreCoat），纯菌株来自USDA ARS国家根瘤菌种质资源库。菌株通过酵母-甘油-琼脂（YGA）培养基培养，种子接种浓度为2×10⁵细胞/种子。两个胡芦巴品种CDC Canafen（种子型）和Fenucold（饲料型）经表面灭菌后接种，在生长室中培养30天后评估结瘤数量、颜色、大小和分布特征。

生物固氮量化

基于结瘤试验结果，选取3种商业化接种剂（Rizo-Liq Lucerne、Nitragin Gold、RIZOLIQ TOP-Alfalfa）和4株纯菌株（USDA1150、USDA1575、USDA1088、USDA1811）进行温室盆栽实验。采用¹⁵N同位素稀释技术量化BNF，小麦作为非固氮参考作物。植物生长至生殖中期时收获，通过元素分析-质谱联用技术测定原子百分超¹⁵N（atom % ¹⁵N excess）和氮浓度，计算大气氮贡献率（%Ndfa）和固氮量。

结果

商业化接种剂和纯菌株的结瘤能力评估

RIZOLIQ TOP-Alfalfa接种剂在CDC Canafen和Fenucold上均产生大量亮粉色、分布广泛的根瘤，平均结瘤数分别为73.5±15.4和25.8±8.9个/株。Rizo-Liq Lucerne结瘤数较少但质量相似，Nitragin Gold虽结瘤数量最高（CDC Canafen达126.6±30.5个/株），但瘤体小且呈白色，表明固氮活性较低。AZOFIX ALFALFA和EXCEED PreCoat未能诱导结瘤。

在纯菌株中，USDA1150在两个品种上均产生大型粉色根瘤，结瘤数分别为52.0±9.9（CDC Canafen）和37.4±9.8（Fenucold）个/株，但根瘤分布存在品种差异：CDC Canafen根瘤遍布根系，而Fenucold集中于根颈区。USDA1811和USDA1575产生浅粉色较小根瘤，而USDA1074、USDA1148等菌株未能有效结瘤。

大气氮贡献率（%Ndfa）

接种处理显著提高了两个品种的%Ndfa。CDC Canafen接种USDA1150、USDA1811和RIZOLIQ TOP-Alfalfa后%Ndfa显著高于未接种对照（p<0.05），最高达58.1±5.8%（USDA1811）。Fenucold接种USDA1150、USDA1811、USDA1575及Rizo-Liq Lucerne、RIZOLIQ TOP-Alfalfa后%Ndfa显著提升，菌株USDA1575表现最佳（47.2±11.8%）。所有处理组的%Ndfa范围在17.7%-58.1%之间。

干物质产量

接种根瘤菌普遍提高了地上部干物质产量。RIZOLIQ TOP-Alfalfa处理的两个品种干重最高（CDC Canafen: 6.45±2.21 g/株；Fenucold: 5.10±1.80 g/株）。纯菌株中USDA1811和USDA1575表现优异。总体而言，CDC Canafen的生物量高于Fenucold。

固氮量

USDA1811接种的CDC Canafen固氮量显著高于未接种组（p<0.05）。尽管样本间存在较大变异，接种处理均提高了两个品种的固氮量。RIZOLIQ TOP-Alfalfa在商业化接种剂中固氮效能最佳，纯菌株中以USDA1811和USDA1575的单位干重固氮量最高。

讨论

本研究揭示了胡芦巴-根瘤菌共生体系的品种特异性差异。CDC Canafen表现出更广泛的结瘤分布和更高的固氮潜力，而Fenucold对根瘤菌的选择性更强，结瘤多局限于根颈区。Leonard瓶实验与温室实验结果的部分差异表明环境因素（如光照周期、温度）显著影响结瘤效率。

RIZOLIQ TOP-Alfalfa作为现有商业化接种剂，在两个品种上均表现出稳定的促生和固氮效果，可直接用于加拿大胡芦巴生产。纯菌株USDA1811和USDA1575虽显示出更高的%Ndfa潜力，但与商业化接种剂无显著统计差异，且考虑到胡芦巴种植规模有限，开发专用接种剂的必要性较低。

研究证实胡芦巴可通过优化接种策略满足58%（CDC Canafen）和47%（Fenucold）的氮需求，为降低化肥依赖提供了实践依据。未来研究应关注环境胁迫对共生效率的影响及优良菌株的田间应用验证。