木麻黄为滨海防风固林的优良树种,在上世纪八九十年代大量种植于海南岛环岛海岸带。随着林龄的增长,木麻黄林出现自我更新困难的问题,其主要原因是化感物质的积累。我们前期的研究表明,木麻黄土壤微生物、根和凋落物内生菌均有可能引起木麻黄化感作用。因此,本文挑选4株化感潜力较强的木麻黄根内生菌,利用GFP荧光标记和激光共聚焦观察分析木麻黄与内生菌互作下定殖侵染途径;转录组学探究内生菌侵染后木麻黄中与化感物质合成相关的基因表达变化;代谢组学分析化感物质合成相关的代谢产物变化;通过转录组学和代谢组学关联分析,探讨木麻黄与内生菌相互作用的分子基础。主要研究结果如下:1.利用GFP标记及激光共聚焦观察内生菌定殖,GFP标记的两株细菌与真菌共同侵染木麻黄幼苗时,细菌主要定殖于叶气孔保卫细胞处,真菌则大量定殖于根毛处,细菌菌株定殖情况整体比真菌强。2.利用转录组学技术研究内生菌侵染木麻黄幼苗与无菌幼苗的基因表达谱变化,结果显示:经过内生菌侵染后,木麻黄幼苗在转录水平上有1016个显著差异表达基因,包含303个上调表达基因和713个下调表达基因;GO及KEGG分析表明,与化感物质合成相关的上调基因有8个,下调基因有8个;上调基因3,9-二羟基翼龙果6a-单氧基类基因CYP17A、下调基因β-香兰素28-单加氧酶基因CYP716A参与苯丙素生物合成,借由莽草酸途径影响化感物质2,4-二叔丁基苯酚的合成;下调基因丙二烯氧化合酶基因AOS与亚麻酸代谢过程有关,参与化感物质硬脂酸甲酯、棕榈酸甲酯合成过程。此外,还有差异基因与光合作用、卟啉和叶绿素、谷胱甘肽代谢途径有关。3.利用代谢组学技术研究内生菌侵染木麻黄幼苗与无菌幼苗的代谢谱变化,结果显示:经过内生菌侵染后,木麻黄幼苗在代谢水平上有29个差异代谢物,其中13个上调差异代谢物和16个下调差异代谢物;通过KEGG分析表明,与化感物质合成相关的上调代谢物有2个,下调代谢物有3个;上调代谢物紫罗兰酮和哌啶酸参与次级代谢产物的生物合成过程,下调代谢物黄嘌呤、百里酚、阿魏酸与苯丙素的生物合成有关,参与萜类和多酮类代谢过程。此外,大部分差异代谢物主要参与碳水化合物代谢、辅因子和维生素代谢、其他氨基酸代谢、能量代谢和氮代谢等代谢通路。4.转录组和代谢组联合分析表明,转录组差异基因和代谢组差异代谢物共同参与的通路有26条,主要通过苯丙素生物合成中的莽草酸途径影响化感物质2,4-二叔丁基苯酚的生物合成,同时内生菌与木麻黄互作时,内生菌不同程度上参与植物生理生化活动。综上所述,研究结果显示多种内生菌侵染下化感物质合成相关的差异基因和差异代谢物发生显著变化,磷酸戊糖途径、苯丙素生物合成、莽草酸途径、卟啉和叶绿素代谢等通路显著富集,说明内生菌侵染木麻黄后,植株通过以上代谢途径参与了化感物质合成;并可能通过卟啉和叶绿素合成等基因的差异表达,影响互作苗的光合作用。本研究为内生菌参与化感作用提供了理论基础。也为后续采用工程菌株或微生物制剂帮助木麻黄林更新和改造提供理论指导。创新点:首次采用合成群落方法,模拟自然状态,探讨木麻黄植株与多种内生菌互作研究。