高加索三叶草（Trifolium ambiguum）是一种多年生根蘖型豆科牧草,具有适应性强、抗逆性突出等优良性状。但是,结瘤固氮能力弱限制了其推广种植。以高加索三叶草为试验材料,通过分析根瘤内细菌多样性,探究其结瘤固氮机理,旨在找到可以高效结瘤固氮的菌株,提高其接种后的固氮能力,为高加索三叶草的推广应用突破固氮壁垒。本研究对高加索三叶草根瘤细菌进行分离纯化,对分离后的菌株进行表型多样性测定和遗传多样性测定;表型多样性从菌株的唯一碳源利用、抗酸碱性、耐抗生素性、耐盐性和生理生化反应方面展开研究,遗传多样性运用BOX-PCR和16S r RNA测序技术对菌株进行鉴定。将分离鉴定到的根瘤菌进行室内接种试验,并对高加索三叶草的营养指标、根系指标和生理指标进行测定;运用转录组学技术与代谢组学技术对接种根瘤菌后的高加索三叶草根系基因水平和代谢物水平的变化进行测定,分别在接种根瘤菌3 d、6 d和9 d对高加索三叶草根系进行取样测序,设置5个比较组,分别为G＿3 vs CK＿G＿3、G＿6 vs CK＿G＿6、G＿9 vs CK＿G＿9、CK＿G＿6 vs CK＿G＿3和CK＿G＿9vs CK＿G＿6,对比较组中的差异表达基因和差异代谢物进行分析。主要研究结果如下:（1）对高加索三叶草根瘤内生菌进行分离,共得到15株菌株。通过表型多样性和遗传多样性分析发现,菌株碳源利用能力强;除庆大霉素外,对低浓度下的抗生素有较好的耐受性;菌株耐碱性能力强,耐酸性能力弱,耐盐性一般;15株菌株与1株参比菌株在87%相似水平上可以分为6个群体;其中,有6株菌株（G-1、QG-1、QG-2、QG-3、QG-5和QG-9）为根瘤菌,3株菌株（G-7、G-4039和G-50）为芽孢杆菌,6株菌株（G-2、G-4、G-6、G-8、G-48和G-49）为假单胞菌。（2）用得到的根瘤菌对高加索三叶草进行接种,具有不同的促生效应。经过隶属函数综合分析,根瘤菌接种效果顺序依次为:QG-5＞QG-1＞QG-9＞G-1＞QG-2＞QG-3＞G-47。其中,QG-5显著增加了根系结瘤面积,对植株的根系指标有着显著性的增加;QG-1明显增加植株生物量,尤其是对根系指标的增加效果更加显著;QG-3显著增加植株叶绿素含量,促进植株增高。接种根瘤菌对植株的营养指标影响较小。（3）运用转录组学技术对接种根瘤菌后的高加索三叶草进行研究,在5个比较组合中共鉴定到97430个基因,其中获得不同数据库注释功能的基因有96410个。对基因差异表达和功能进行分析,导致高加索三叶草结瘤固氮的基因主要集中在苯丙素的生物合成、类黄酮生物合成和氮代谢途径中。（4）高加索三叶草接种根瘤菌3 d时,在类黄酮生物合成途径中,调控CHS、PKR和CYP75B酶的基因表达量发生变化,在氮代谢途径中,调控Nrt和CA酶的基因表达量发生变化;接种根瘤菌6 d时,在类黄酮生物合成途径中,调控CHS、CCo AOMT、PKR和CYP73A酶的基因表达量发生变化,在氮代谢过程中,调控NR和CA酶的基因表达量发生变化;接种根瘤菌9 d时,在类黄酮生物合成途径中,调控HCT、PGT、CHI、F3H、FLS、LAR和CCo AOMT酶的基因发生显著性变化,在氮代谢过程中,调控Nrt、NR、Nir、CA、GDH和GOGAT酶的基因表达量发生显著性变化。（5）运用代谢组学技术对接种根瘤菌后的高加索三叶草进行研究,在5个比较组合中共鉴定到828个代谢产物。其中苯丙素类化合物和类黄酮类化合物含量变化较大。对代谢物差异表达和功能进行分析,导致高加索三叶草结瘤固氮的代谢物主要集中在次级代谢产物的合成和类黄酮的生物合成途径。（6）在接种根瘤菌3 d后,氨基酸类代谢物色氨酸、谷氨酰胺、组氨酸含量明显增加,苯丙素类代谢物肉桂醛、芥子酸、芥子醇和松柏醛含量显著降低,类黄酮类代谢物圣草酚、枳属甙、香叶木素、甲基山奈酚含量显著降低;接种根瘤菌6 d后,色氨酸含量显著增加,苯丙素类代谢物松柏醛和香豆素含量显著降低,类黄酮类代谢物枳属甙含量显著降低;接种根瘤菌9 d时,氨基酸类代谢物天冬氨酸和精氨酸含量显著增加,苯丙素类化合物香豆素含量显著增加,类黄酮类化合物甲基山奈酚、异鼠李素、山奈酚、槲皮素和杨梅素含量显著增加。（7）运用转录组学与代谢组学对接种根瘤菌后的高加索三叶草进行联合分析研究,发现接种根瘤菌3 d时,Nrt和CA的调控发生变化,导致谷氨酰胺代谢物含量增加,PAL、CHS和CYP75B的调控发生变化,导致松柏醛、芥子酸、芥子醇和圣草酚含量降低,根皮苷含量升高;接种根瘤菌6 d时,bgl X、CYP73A和COMT的调控发生变化,导致香豆素和松柏醛含量降低;接种根瘤菌9 d时,CAD、CHI、F3H、COMT、F5H和FLS的调控发生变化,导致香豆素、山奈酚、根皮苷、槲皮苷和杨梅素含量升高,芥子醇含量降低。