前期的研究以原产于高加索地区的高加索三叶草为母本,以大兴安岭地区逸生型白三叶为父本,通过远缘杂交和胚拯救技术获得了一系列杂交后代。多年来,在对杂种F1代的胚胎分离培养、茎段离体培养器官发生和胚胎萌发适应条件进行系统探索后,得到性状稳定的F1代单株,并成功在温室和田间进行了栽培和扩繁,形成性状优良的品系。然而,和母本一样,杂交后代品系无法自发结瘤固氮。经过对杂种F1代单株接种车轴草属目标根瘤菌后,株系具备了结瘤固氮能力,表现出生物量高、适应性强的特点。因此,分析F1代单株结瘤固氮机理至关重要。选择5种分离自青海大学试验田内“蒙农三叶草1号”品种的根瘤菌,编号后分别与杂交后代品系接种,以不接种根瘤菌为对照,10次重复。在接种60 d后,分别测定各处理植株的生长表型、根系构型和根瘤的固氮酶活性,并对优势菌株进行显微结构观察。对筛选出的优势菌株进行转录组学分析,即对在接种后3 d、6 d和9 d的植株分别取样,以接种后0 d的处理作为对照,每处理3次重复,形成18个分析样本。主要结果如下:（1）接种5号根瘤菌的植株综合表现最优。其生长表型和根系指标显著优于其他植株;植株干草的酸性洗涤纤维（ADF）和中性洗涤纤维（NDF）分别比对照下降45.34%和54.11%;显微结构观察下,根瘤菌在根瘤细胞中定殖较多且被侵染的根瘤细胞数目也较多。根瘤菌固氮酶活性的测定表明,固氮能力最强的植株为接种3号根瘤菌,其次为5号根瘤菌。（2）用优势菌株（5号菌）接种的植株样品进行转录组学分析,各对比组合的差异基因分别为:CK-Z-3 vs Z-3,44个基因上调、41个基因下调;CK-Z-6 vs Z-6,904个基因上调、182个基因下调;CK-Z-9 vs Z-9,558个基因上调、26个基因下调。（3）GO、KEGG富集分析综合表明,在接种根瘤菌3 d后根瘤菌与植株的信号交流较为频繁,根系开始释放出类黄酮化合物;接种6 d后根瘤菌开始侵入植物细胞,植物随即做出了防御反应;接种9 d后根瘤菌已成功在植物细胞内定殖,固氮酶的固氮作用被激活,开始进行生物固氮。