甘草（乌拉尔甘草，Glycyrrhiza uralensis）是一种多年生草本药用植物，其根系含有药用活性成份甘草苷及甘草酸，具有重要的药用价值及经济价值。由于野生甘草资源消耗殆尽，栽培甘草成为甘草市场的主要来源，但栽培甘草产业一直面临质量（活性成份含量较低）和产量低下的双重困境。另一方面，丛枝菌根（AM）共生体系能够促进植物根系吸收矿质养分，提高植物对逆境胁迫的抗性并调节植物次生代谢。本研究针对目前甘草栽培中面临的问题，通过系列试验探究AM 真菌在促进甘草生长与药用成份甘草酸、甘草苷积累中的作用及其机制。论文取得以下主要研究结果：
     考虑到干旱胁迫对植物次生代谢的重要影响，通过室内盆栽试验，在模拟干旱胁迫条件下初步探究了AM 真菌（Rhizophagus irregularis）对甘草生长及根系次生代谢产物甘草酸及甘草苷积累的影响。结果表明中度干旱胁迫下接种AM 真菌不仅可以改善甘草植株生长，提高根系生物量，还可以最大程度上促进甘草根系甘草酸、甘草苷积累，从而提高甘草的质量与产量；进一步分析表明AM 真菌可能是通过促进植物磷（P）吸收，调节植株碳氮比（C:N）及甘草酸、甘草苷生物合成途径关键基因表达等机制而促进甘草酸、甘草苷的合成与积累。
     为了更全面地认识干旱胁迫下AM 真菌对甘草根系次生代谢的影响机制，利用转录组（RNA-Seq）-代谢组技术分析了干旱胁迫下接种AM 真菌在转录水平和代谢水平对甘草生长及次生代谢的影响。结果表明接种AM 真菌的植株能够从激素信号（如脱落酸ABA，茉莉酸JA 和水杨酸SA 等）转导、水分运输、P 饥饿胁迫响应、真菌侵染响应和植物适应（初生代谢和次生代谢）等方面对干旱胁迫和AM 真菌侵染做出系统响应；AM 真菌通过调节初生代谢产物糖类、氨基酸类（特别是芳香族氨基酸类）代谢通路，进而调节甘草根系萜类及酚酸类代谢产物的积累，最终影响甘草根系甘草酸及甘草苷的合成积累。
     鉴于AM 真菌在促进植物P 吸收以及P 在植物次生代谢产物合成中的重要作用，通过室内盆栽试验，分析了AM 真菌接种促进植物P 吸收在提高甘草根系甘草酸、甘草苷积累中的作用。结果表明当不接种植株和接种植株具有相似的生物量和P 含量时，二者也具有相似的甘草酸、甘草苷浓度/含量及相似的生物合成途径关键基因表达水平，揭示出AM 真菌接种改善植物P 营养状况在促进甘草根系次生代谢产物浓度积累中起到关键作用。
     AM 共生体系能够影响植物初生代谢和次生代谢，同时由于植物初生代谢产物和次生代谢产物均来自光合C，二者间C 分配存在一定的权衡关系。通过室内盆栽试验，设置不同梯度P 添加水平和AM 真菌接种处理，通过分析比较不同处理下C 的同化、固定及分配，探究接种AM 真菌调控植株C 分配进而影响甘草次生代谢产物合成积累的机制。结果表明，菌根侵染早期阶段，接种AM 真菌的植株将更少的C 分配至根系以及根系次生代谢产物甘草酸和甘草苷，且该过程不依赖于P 的有效性；在菌根侵染良好的后期阶段，低P 条件下接种AM真菌的植株将更多的C 分配至根系以及根系次生代谢产物，而高P 条件下接种的植株则将更少的C 分配至根系以及根系次生代谢产物。
     最后，为了验证田间条件下AM 真菌接种效应及其影响因素，采用先菌根化育苗后移栽模式，考察了接种AM 真菌对田间栽培甘草生长及根系次生代谢产物积累的影响，同时利用Illumina 高通量测序技术分析了外源AM 真菌接种对甘草根系AM 真菌多样性及丰度影响，追踪了外源AM 真菌在植物根系的定殖情况。结果表明，田间条件下接种AM 真菌能够显著促进甘草植株生长，同时增加根系甘草酸、甘草苷积累，且这种效应在土壤灭菌条件下更加显著。同时，土壤灭菌条件下外源AM 真菌接种显著改变了土壤及根系真菌、AM 真菌多样性指数，并提高了外源AM 真菌R. irregularis AH01 在根系的相对丰度。相关分析表明，植物根系侵染率而非外源AM 真菌在根系的相对丰度是影响植物矿质养分吸收、植株生长及根系次生代谢产物积累的关键因素。
     本论文较为系统的研究了AM 真菌对甘草生长及根系次生代谢产物甘草酸、甘草苷积累的影响及其作用机制，研究结果为AM 真菌在甘草栽培中的应用提供了科学依据。