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紫花苜蓿是一种抗逆性较强的牧草作物,不仅能在盐碱地上生长,还能通过根瘤菌共生固氮作用改善土壤微生物群落结构和养分。接种普通根瘤菌提高紫花苜蓿抗逆性的研究已有很多报道,而接种耐盐根瘤菌的试验报道较少。本实验室已分离获得一株具有耐盐性能的Sinorhizobium meliloti SD101,该菌株提高紫花苜蓿耐盐机制鲜有报道。基于此,本文通过田间试验、盆栽试验、Lenard试验等系统研究接种SD101对不同紫花苜蓿品种的生长发育、固氮作用及其它生理指标的影响;通过转录组和代谢组分析,初步揭示了根瘤菌SD101提高紫花苜蓿耐盐性的作用机制。试验结果如下:1.通过种子包衣的方式对20个紫花苜蓿品种的种子进行接种根瘤菌SD101（活菌数≥1×10~9个/m L）处理,综合分析株高、干草产量、根部结瘤数量、单株根瘤干重等指标发现,紫花苜蓿品种WL319,龙牧806,巨能耐盐,4010和肇东苜蓿接种后能与根瘤菌SD101显著发生高效结瘤固氮作用,418Q接种前后响应指标未见显著性差异,其它14个紫花苜蓿品种的接种效果位于这6个品种之间。因此,上述6个品种作为后续试验的供试材料。2.室内盆栽试验和Lenard试验均发现,接种根瘤菌SD101后,WL319、龙牧806、肇东苜蓿、4010和巨能耐盐品种的株高、地上生物产量、叶面积、平均单株根瘤数、单个根瘤重、平均固氮酶活性、Chl a含量、Chl b含量、Chl a+b含量、Pn、Gs、Ci均显著增加,而418Q品种在接种SD101前后未见显著差异。接种SD101后通过测定0d、3d、6d、9d和12d的生理指标MDA、O2-、CAT活性、GSH、Pro和SS含量发现,WL319、龙牧806、肇东苜蓿、4010和巨能耐盐苜蓿品种能改变体内活性成分含量的变化,降低外界对紫花苜蓿细胞膜的损伤,提高紫花苜蓿的耐盐性,而供试的418Q品种接种SD101未见显著性差异。3.对供试的WL319,龙牧806,肇东苜蓿,4010,巨能耐盐和418Q共6个紫花苜蓿品种进行不同浓度盐胁迫梯度筛选试验发现,不同紫花苜蓿品种对盐的敏感程度不相同。30mmol/L Na HCO3+90mmol/L Na Cl为不同紫花苜蓿品种的最高耐盐梯度,作为后续Lenard系统试验提供盐浓度。4.通过比较接种SD101第10 d后,WL319和418Q响应盐胁迫的转录组差异分析,发现WL319共有4078个差异表达,其中2433个上调,1645个下调;418Q共有1929个差异表达基因,其中1181个上调,748个下调。涉及到WRKY、C2H2、AP2/ERF、NAC、b HLH、b ZIP、GRAS、MYB等34个转录因子基因家族的差异基因变化。分析发现,WL319品种耐盐性相关基因c30603.graph＿c0、c76945.graph＿c0、c70649.graph＿c0等显著上调;与结瘤固氮能力相关基因c87117.graph＿c0、c68977.graph＿c0、c65696.graph＿c0、c67223.graph＿c0、c67672.graph＿c0、c68914.graph＿c0和c67435.graph＿c0等显著上调,这些基因的表达,使紫花苜蓿品种WL319耐盐能力提高,根部结瘤数量增加,结瘤固氮能力提高。而紫花苜蓿418Q对照品种的防御相关基因c49813.graph＿c0上调,未知功能基因c64473.graph＿c0出现下调。5.通过KEEG分析接种SD101第10d WL319和418Q紫花苜蓿品种响应盐胁迫的代谢组差异发现,筛选到的差异显著性代谢物质在pos和neg模式下WL319分别有27和46条代谢通路被注释到,418Q分别有6和17条代谢通路被注释到;紫花苜蓿品种WL319在氮代谢、类胡萝卜素的生物合成、类黄酮生物合成、黄酮类和黄酮醇的生物合成、植物激素信号传导等代谢途径存在复杂的代谢重组,这些途径主要参与紫花苜蓿的结瘤固氮作用,而418Q品种在氮代谢、吲哚生物碱合成等代谢途径上出现差异。通过对紫花苜蓿的转录组数据与代谢组获得的产物在KEGG代谢通路进行联合分析发现,KEGG数据库中的ko00944,ko00910和ko00943等合成途径与转录组差异基因c30603.graph＿c0、c87117.graph＿c0和c68977.graph＿c0等,以及显著差异代谢产物黄酮类化合物、类黄酮类化合物和黄酮醇类化合物等相吻合,说明黄酮类化合物、类黄酮类化合物和黄酮醇类化合物与紫花苜蓿品种WL319的耐盐能力密切相关。推测根瘤菌SD101提高紫花苜蓿耐盐性的初步机制如下:在盐胁迫下,根瘤菌SD101与紫花苜蓿能高效匹配亲和,侵入紫花苜蓿的根毛,形成共生结瘤固氮关系,主要通过调控紫花苜蓿的防御机制、碳水化合物运输和代谢、信号转导机制与翻译等过程,使早期结瘤蛋白ENOD18、早期结瘤蛋白样蛋白、结瘤富含半胱氨酸分泌肽、结瘤蛋白表达蛋白以及糖苷水解酶家族蛋白等关键基因的表达,促使类黄酮、黄酮类和黄酮醇等代谢物质的生物合成,根部根瘤数量增加,在形态上表现株高增高、叶面积变大等现象,加速了共生固氮作用体系,在生理上出现适应性的酶活性变化,增强了紫花苜蓿的光合作用,提高了紫花苜蓿生长发育能力,进而提高了紫花苜蓿的耐盐性。