小黑杨(Populus simonii×P.nigra)为小叶杨和欧洲黑杨的杂交杨,速生丰产、材质优良,具有重要的生态和经济价值,在我国北方地区广泛栽植,但干旱胁迫制约了小黑杨的生长发育和林业的发展。丛枝菌根(Arbuscular mycorrhiza,AM)真菌能与树木形成共生关系,增强其耐旱能力,但AM真菌对小黑杨耐旱性的影响尚不清楚。本研究在干旱胁迫下接种AM真菌异形根孢囊霉(Rhizophagus irregularis)于小黑杨盆栽苗,探究AM真菌对小黑杨生长、抗性生理指标、非结构性碳代谢以及转化酶(Invertase,INV)和促分裂原活化蛋白激酶(Mitogen activated protein kinase,MAPK)基因表达的影响,运用生物信息学方法和荧光定量PCR技术(Quantitative real-time PCR,qRT-PCR),从生理和分子层面揭示AM真菌提高小黑杨耐旱性机制。主要结果如下:1.干旱胁迫下AM真菌对小黑杨生长的影响干旱胁迫显著抑制了幼苗生长,但接种AM真菌缓解了这种抑制作用。菌根化小黑杨的株高和地下部分鲜重分别提高79.11%和99.56%,根冠比降低4BLZ945细胞培养5.29%,叶片相对含水量和叶绿素含量均有显著提高(P<0.05)。干旱胁迫下AM真菌促进了小黑杨的光合作用,净光合速率、气孔导度和蒸腾速率分别提高137.79%、195.81%和278.75%;AM真菌改善了小黑杨的营养吸收,根系K、叶片和根系P含量分别提高54.88%、132.77%和175.86%。结果表明,AM真菌在干旱胁迫下对小黑杨生长有明显的促进作用,并有效改善了光合作用和营养元素的积累。2.干旱胁迫下AM真菌对小黑杨抗性生理指标的影响干旱胁迫下,菌根化小黑杨积累的丙二醛(Malondialdehyde,MDA)、H_2O_2和脯氨酸水平低于非菌根化小黑杨,表明接种AM真菌减轻了干旱引起的氧化损伤,而非菌根化小黑杨对干旱更加敏感。干旱胁迫下,接种AM真菌使菌根化小黑杨叶片和根中的超氧化物歧化酶活性都低于非菌根化小黑杨,这与菌根化小黑杨中更低水平的活性氧有关。菌根化小黑杨叶片中的过氧化氢酶(Catalase,CAT)活性高于非菌根化小黑杨,表明接种AM真菌增强了小黑杨叶片清除H_2O_2的能力。但菌根化小黑杨根中的CAT活性低于非菌根化小黑杨,这与菌根化小黑杨根中低水平的H_2O_2积累有关。3.干旱胁迫下AM真菌对小黑杨非结构性碳代谢的影响干旱胁迫下接种AM真菌,小黑杨叶片和根系的可溶性糖浓度分别提高24.02%和16.42%,葡萄糖浓度分别提高42.71%和44.39%,果糖浓度分别提高17.86%和55.16%。叶片的蔗糖浓度降低20.73%,根系的蔗糖浓度提高30.82%。同时,干旱胁迫下AM真菌提高了小黑杨叶片细胞壁转化酶、碱性/中性转化酶和根系的蔗糖合成酶(分解方向)活性和淀粉酶活性,改变了小黑杨非结构性碳水化合物的积累和分布,以及碳代谢中相关酶的活性,表明菌根化小黑杨具有更高水平的己糖积累和更强的渗透调节能力。但菌根化小黑杨根中己糖的积累不依赖转化酶活性,而是由于高的糖转运活性和根系蔗糖合成酶的裂解。4.干旱胁迫下AM真菌对小黑杨INV基因表达的影响在小黑杨基因组中鉴定出16个PsnINVs,并且干旱胁迫和接种AM真菌均影响PsnINVs的表达。筛选出叶片中响应干旱胁迫和接种处理的差异表达基因,其中PsnA/NINV1、PsnA/NINV2、PsnA/NINV3和PsnA/NINV5的表达与光合作用正相关,PsnA/NINV6、PsnA/NINV10和PsnA/NINV12的表达与糖含量正相关。干旱胁迫下AM真菌通过上调叶片中PsnA/NINV1、PsnA/NINV2、PsnA/NINV3和PsnA/NINV5的表达,促进叶绿体中碱性/中性转化酶合成,提高光合作用;上调叶片中PsnA/NINV6、PsnA/NINV10和PsnA/NINV12的表达,促进细胞质中碱性/中性转化酶合成,增强渗透调节能力,提高耐旱性。此外,AM真菌诱导了根中参与菌根定殖或根系发育的基因PsnA/NINV1、PsnProstate cancer biomarkersA/NINV4、PsnA/NINV7、PsnA/NINV8和PsnA/NINV12的表达。但干旱胁迫下,菌根化小黑杨根中大多数PsnINVs基因的表达降低,这可能是由于高糖浓度产生了负反馈作用。5.干旱胁迫下AM真菌对小黑杨MAPK基因表达的影响在小黑杨基因组中鉴定出17个PsnMAPKs,干旱胁迫和接种AM真菌均影响PsnMAPKs的表达。菌根化小黑杨更高的光合作用与AM真菌诱导的PsnMAPKs有关。PRoxadustatsnMAPK7-2和PsnMAPK20-2在叶片中被筛选出响应干旱胁迫和接种处理,PsnMAPK7-2、PsnMAPK16-1和PsnMAPK19-2在根中被筛选出响应干旱胁迫和接种处理。它们的表达与MDA含量显著正相关,与生物量指标显著负相关,负调控小黑杨的耐旱性和生长。接种AM真菌通过下调这些基因在叶和根中的表达,降低了小黑杨的干旱敏感性,减轻了氧化损伤。干旱胁迫下接种AM真菌在根中诱导了PsnMAPK7-1、PsnMAPK19-1和PsnMAPK20-2的表达,可以通过激活MYB转录因子增强小黑杨耐旱性。以上研究阐明了AM真菌通过改善小黑杨的生长,减轻氧化损伤,促进非结构性碳代谢以及调节INV和MAPK基因表达提高小黑杨耐旱性的机制,对干旱和半干旱地区利用菌根苗造林提供理论依据。