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烟碱类杀虫剂啶虫脒（acetamiprid,ACE）在防治病虫害和提高农作物产量等方面得到了广泛的应用,但近年来,由于ACE的频繁和大量使用,产生了很多的环境和生态问题。采用植物根际促生菌（plant growth-promoting rhizobacteria,PGPR）进行土壤中污染物的修复不但能有效减少污染物的残留还能促进植物生长,但有关利用PGPR降解ACE的研究很少。在本研究中,作者从实验室的菌种库中筛选到了两株能降解ACE的PGPR,并进一步对其降解ACE的代谢途径、酶学机制以及与PGPR特性有关的吲哚乙酸（indole-3-acetic acid,IAA）产生过程进行了深入的研究。菌种库中保藏的粘着箭菌Ensifer adhaerens CGMCC 6315和贪噬菌Variovorax boronicumulans CGMCC 4969 都能降解 ACE 生成酰胺啶虫脒（IM-1-2）,这两株菌与ACE降解菌Ensifer meliloti CGMCC 7333的活性比较结果表明,在LB培养条件下,CGMCC 7333的静息细胞具有最高的ACE降解能力,其在96h内能降解50.94%的50mg/L的ACE;在土壤中接种CGMCC 7333 10 d后的降解率为28.20%,而此时CGMCC 6315的降解率却达到了 58.87%;在水体中接种CGMCC 7333 72h后ACE的降解率为67.02%,而此时CGMCC 6315能够完全降解ACE。上述结果表明CGMCC 6315比CGMCC 7333在土壤和水体中有更强的ACE降解能力。对CGMCC 6315降解ACE的机制研究发现,其降解ACE的活性受营养物浓度调控,营养物浓度越低,ACE的降解效率越高。在LB中培养的CGMCC 6315静息细胞在96h仅能降解17.44%的200 mg/L的ACE,而在1/15LB中培养的CGMCC 6315静息细胞在12h就能降解94.25%的200mg/L且在2d内能够快速地清除87.42%的5mg/kg的ACE 土壤残留。CGMCC 6315降解ACE过程中起作用的酶为腈水合酶,全基因组测序分析发现CGMCC 6315含有两个腈水合酶编码基因cnhA和pnhA,基因克隆表达以及活性分析显示,CnhA降解ACE的比酶活为0.46 U/mg,而PnhA的比酶活高达到28.75 U/mg,是目前有关降解ACE的腈水合酶中活性最高的报道。荧光定量PCR和蛋白质组学分析表明,在低营养条件下CGMCC 6315降解ACE活性的提高主要是由于PnhA的高表达引起的。腈水合酶激活蛋白对腈水合酶的成熟起着重要作用,但其表达水平往往很低。通过在CGMCC 4969腈水合酶激活蛋白编码基因（anhC）上游添加SD序列和T7强启动子等转录调控元件以及采用双质粒表达系统使AnhC的表达水平得到了明显提高。腈水合酶和AnhC共表达后其活性提高了 18.1倍;在anhC的上游添加SD序列后,腈水合酶的活性提高到了最高的21.3倍;进一步采用双质粒表达系统和双启动子表达系统来表达腈水合酶和AnhC时,AnhC的表达量得到了明显的提高,但腈水合酶的活性却逐渐降低。上述结果表明腈水合酶活性的提高需要一个最适的激活蛋白表达水平,过量的表达激活蛋白反而会抑制腈水合酶的活性。大部分PGPR都能通过分泌植物激素3-吲哚乙酸（IAA）来促进植物的生长,CGMCC 4969不能直接利用色氨酸来合成IAA,但却能代谢3-吲哚乙腈（IAN）生成IAA。全基因组测序后发现其含有腈类代谢酶（包括腈水合酶/酰胺酶和腈水解酶）调控的IAA合成途径。在CGMCC4969的培养过程中分别添加CoCl2和IAN后发现钴离子能够通过激活腈水合酶/酸胺酶途径来加速IAA的产生,而IAN能够通过激活腈水解酶途径来提高IAA的含量。CGMCC 4969的腈水解酶（NitA和NitB）和吲哚乙酰胺水解酶（IamA和IamB）中只有NitA和IamA和能够分别转化IAN和IAM生成IAA。QPCR分析表明,CGMCC4969腈水合酶/酰胺酶系统为组成型表达,而腈水解酶系统为诱导型表达。综上所述,本文首次报道了E.adhaerens CGMCC 6315具有一种新颖的营养物浓度诱导的ACE降解机制,其降解ACE的活性随着营养物浓度的降低而升高。另外还发现V.boronicumulans CGMCC 4969腈水合酶活性的提高需要一个最适的激活蛋白表达水平,V.boronicumulans CGMCC 4969腈水合酶不但参与了 ACE的降解,还通过偶联的酰胺酶以及腈水解酶共同参与了其IAA的产生过程。因此,E.adhaerens CGMCC 6315 和 doronicumulans CGMCC 4969 有潜力应用于环境中ACE污染的修复和用作植物促生的肥料。