植物在自然界中并不是孤立存在的,而是通过自身的代谢活动等,在植物周围环境以及植物组织内部构建形成特殊的植物微生态环境。植物微生态环境是植物与外界进行能量和物质交流的主要界面,细菌是其中最主要定居者之一。植物根际土壤中的根际细菌,受到各种生物以及非生物因素的影响,在环境中形成复杂的种群结构,了解植物根际细菌的种群结构对实际的应用和生产具有重大的指导意义。植物促生细菌包括根际细菌和内生细菌,是植物联合细菌中的重要组成部分,主要通过生物固氮、合成植物生长素、活化无机营养元素等作用机制,促进植物的生长发育,在农业、林业等领域已经得到了广泛的应用。内生细菌直接定殖于植物体内的组织细胞间隙中,独特的生长环境使之能够避免外界不利因素的影响,并直接作用于宿主植物,是优质促生微生物的重要来源。内生环境中的细菌除了要面对宿主植物之外,还能够与其他内生细菌甚至病原菌通过信号分子以及代谢互补等方式进行种间交流。群体感应系统是细菌中最为常见、研究最为广泛的种内以及种间交流机制之一,能够对细菌的运动、共生、生物毒性等生理功能进行调控。为了探讨根际固氮细菌的群落结构,以及其相应的影响因素,本研究针对固氮细菌特有的功能基因,优化获得了一种简便快捷、重复性高的半定量分子指纹技术。从滩涂植物菊芋的根系中,分离获得了一株具有植物促生活性的内生细菌,并对其在宿主体内的定殖动力学以及植物促生作用进行了深入的探索。为阐明内生细菌在其所处微生态环境中具体的种间交流作用,本研究以油橄榄种间交流模式结构中的内生细菌作为研究对象,探讨了群体感应系统对细菌的具体调控作用。1.在根际土壤中,难培养、不可培养以及未培养的固氮细菌在群落中所占的比重极大,传统的培养分离技术并不能够满足土壤固氮细菌群落的研究需要。LH-PCR(Length Heterogeneity Polymerase Chain Reaction)以及T-RFLP(Terminal Restriction Fragment Length Polymorphism)分子指纹图谱的技术手段的操作简便快捷、重复性强,已经得到了广泛的应用。以固氮细菌中与16s rDNA进化地位相似的"分子钟"nifH作为目的基因,本研究检测了不同氮素水平下菊芋根际土壤中的固氮细菌群落。通过对比不同的分子指纹图谱技术,本研究利用以限制性内切酶MnlI作为工具酶的T-RFLP技术在固氮细菌群落多态性的分析中获得了最丰富的检出量,并表现出极高的分辨率和可重复性。菊芋根际土壤中的固氮细菌受植物根系活动的影响,种属丰度以及多样性均显著小于非根际土壤中的固氮细菌,表现出了显著的根际效应。另外,大量氮肥施用对菊芋根际固氮细菌菌群结构的稳定性和多样性具有负面影响,从而导致根际固氮细菌种类和多样性锐减。2.从滩涂植物菊芋的根系中我们分离获得了多株内生固氮细菌,其中固氮酶活性最高的菌株为苍白杆菌(Ochrobactrum sp.Mn1,乙炔还原法检测其活性,能够达到为207.34 nmol·mL-1·h-1。Ochrobactrum sp.Mn1还具有较高的分泌IAA以及活化无机磷的特性,并能够产生大量的铁载体帮助植物吸收难溶的金属营养。通过温室和大田实验,我们发现内生固氮细菌Ochrobactrum sp.Mn1对菊芋具有显著的促生作用。其促生机制是多方面的,通过生物固氮,Ochrobactrum sp.Mn1能够为宿主提供约占总氮量20%的有效氮营养;产生的植物生长素能够显著优化植物根系发展;利用解磷特性和分泌的铁载体,该菌株能够提高菊芋对P、K、Fe、Mg等营养元素的吸收利用。应用绿色荧光蛋白标记与内生菌再分离技术,对Ochrobactrum sp.Mn1在不同植物组织部分定殖的动力学进行探究发现,Ochrobactrum sp.Mn1的定殖部位主要位于菊芋根系和茎的组织细胞间隙中。尤其是在根系内部内生细菌的数量最高,每克植物根系中约有105个内生细菌定殖。3.在假单孢杆菌Pseudomonas savastanoi pv.Savastanoi(PSV)侵染油橄榄所形成的肿瘤结构中,AHLs(Acyl-homoserine Lactones)群体感应系统具有极为重要的生物学作用,能够介导病原菌与内生细菌欧文氏菌Erwinia toletana(ET)之间的种间交流,该体系目前已经成为研究物种间信号交流的重要模式之一。利用高通量转录组测序技术对内生细菌ET的深度测序我们发现,AHLs信号分子能够对E.toletana的细菌运动、质粒接合、生物毒性、物质转运以及抗生素抗性等多种生理活动进行调控。除次生代谢调控之外,AHLs群体感应系统还能够作用于内生细菌对碳水化合物的初生代谢,在摄取和利用麦芽糖/麦芽糊精以及葡萄糖二酸和D-甘油酸的过程中起到重要的作用。E.toletana具有完整的肌醇操纵子的机构,能够利用植物体内重要的机构和信号物质肌醇作为唯一性碳源。我们发现肌醇代谢操纵子中的9个关键基因,均受到群体感应系统的调控,在AHLs信号分子的影响下,其转录水平显著降低。