本研究拟进一步探索玉米/大豆套作条件下,大豆根瘤形成特征及其调控的机理机制。以田间试验为基础,分析了不同品种套作大豆根际分泌特征、根瘤形成特点、根瘤菌多样性和固氮特性;同时利用根箱浇灌试验及嫁接技术,进一步研究套作对大豆根瘤形成调控的机理机制,探讨了套作大豆地上地下部的协同调控原理。研究主要结果如下:1、V5时期,套作增加了南豆12和NTS1007的部分黄酮分泌量,且查尔酮合成酶基因Gm CHS8（Chalcone synthase gene）和异黄酮合成酶基因Gm IFS（Isoflavone synthase gene）表达极显著上调,而茉莉酸分泌量却显著低于单作,且南豆12的脂氧合酶基因Gm LOX10（Lipoxygenase gene）极显著下调;桂夏3的染料木素分泌量显著降低,茉莉酸分泌量显著增加,且Gm LOX6基因表达上调。到R2时期,南豆12的大豆黄素、柚皮素和染料木素分泌量增加,桂夏3的大豆黄素分泌量提高,且黄酮合成途径关键酶基因的表达均显著上调;茉莉酸分泌量及相关基因表达则无明显差异。综上,套作共生时期促进了南豆12、NTS1007的部分黄酮分泌和黄酮合成相关基因表达,降低了茉莉酸分泌量,促进了桂夏3茉莉酸分泌及其合成途径相关基因表达。光照恢复后,桂夏3的黄酮分泌能力得到恢复且大豆黄素的分泌量显著高于单作,同时南豆12分泌能力增强,分泌量增加。2、套作会抑制各品种单株根瘤数量。V5和R2时期,NTS1007的根瘤数量和根瘤干重均较单作显著下降;南豆12和桂夏3尽管在V5时期的单株根瘤数量表现出下降趋势,但在R2时期得到一定程度的恢复,其单个根瘤质量显著增加,根瘤直径大于0.2cm的根瘤百分比显著提高,固氮酶基因表达量显著上调。此外,在V5时期,NTS1007的shannon指数显著提高,而南豆12 shannon指数显著下降。综上,套作前期降低了各品种的根瘤数量和根瘤干重,增加NTS1007根际固氮微生物的多样性,而降低了南豆12的固氮微生物多样性。光照恢复后,南豆12和桂夏3的根瘤大小和单个根瘤质量显著增加,固氮酶活性提高,利于结瘤固氮。3、玉米根系分泌物浇灌处理根箱大豆后,V5时期各品种的单株根瘤数量和干重并无明显差异,而到R2时期,南豆12和桂夏3根瘤直径大于0.2cm的根瘤数量百分比分别提高10.4%和8%,且南豆12单株根瘤干重较对照极显著增加;到R4时期,南豆12根瘤直径大于0.5cm的根瘤数量百分比显著提高53.8%,单株根瘤干重较对照显著增加。同时,在V5时期,根瘤发育相关基因Gm IFS1和Gm EXPB2基因（β-expansins gene）表达在南豆12中显著上调;R2时期,南豆12和桂夏3 Gm EXPB2极显著上调。综上,玉米根系分泌物会促进大豆后期根瘤发育,促进根瘤直径和干重增加。4、玉米根系分泌物会增加根箱试验中南豆12的根毛伸长,提高嫁接大豆前期根瘤数量,促进根系生长。均以南豆12为接穗的各嫁接植株在玉米根系分泌物处理后,显著提高了根瘤数量。其中南豆12和桂夏3根瘤形成相关基因Gm ENODL（Early nodulin gene）和Gm NIN2b（Nodule inception gene）的表达量分别上调31.1%、59.7%和84.8%、63.3%,NTS1007的Gm NIN2b基因表达上调34.1%。而玉米根系分泌物会促进NTS1007自身嫁接的根表面积、体积及干重,增加根瘤附着生长点,其他嫁接植株则无明显差异。5、套作遮荫抑制了大豆生长,显著降低了各品种地上部地下部生物量。而嫁接试验表明,地上部特性会决定根瘤形成特征。超结瘤品种NTS1007在以南豆12接穗后丧失超结瘤特性,且显著低于自身嫁接时的根瘤数量,Gm ENODL及Gm NIN2b结瘤基因表达量显著下调;桂夏3以南豆12接穗后根瘤数量显著降低2.04倍,Gm ENODL及Gm NIN2b结瘤基因表达量显著下调,且玉米根系分泌物处理后会表现出与南豆12相似的促进作用。因此,地上部对根瘤及根系特征存在明显调控,套作遮荫影响下的地上部变化是抑制根瘤形成的主要原因,而玉米根系分泌物会影响根际环境,直接或间接促进根瘤及根系生长,表现出正向调控。6、套作大豆各品种间的单位质量固氮酶活性并无明显差异,而单个固氮酶活性表现出明显差别,其中南豆12在R2时期套作时单个固氮酶活性较单作极显著提高2.22倍,桂夏3较单作显著提高1.12倍;南豆12在R2时期套作时单株吸氮量较V5时期显著提高7.69倍,单位物质吸氮量显著提高10.3%。同时,玉米根系分泌物处理后会显著提高南豆12和桂夏3的nif H基因（Nitrogen-fixation gene）表达,分别上调58.4%和24.3%。因此,玉米根系分泌物会促进大豆根瘤发育及nif H基因的表达,提高套作大豆单个固氮酶活性,增加单位物质吸氮量。