植物根际促生菌（Plantgrowth-promotingrhizobacteria,PGPRs）具有植物促生及土传病原菌生防功能,合理施用含PGPRs的生物肥料是实现我国化肥减施、促进农业可持续发展的有效途径。生物肥料中的PGPRs施入土壤后需在作物根际有效定殖才能发挥作用,而由根系分泌物介导的PGPRs向根表的趋化过程是其有效定殖的重要前提。解淀粉芽孢杆菌是根际环境中一类比较重要的PGPRs,然而对其在根际趋化分子机制的相关研究鲜有报道。解淀粉芽孢杆菌SQR9（Bacillus amyloliquefaciens SQR9,以下简称SQR9）是本实验室分离自健康黄瓜根际并广泛应用的植物根际促生菌,前期研究发现菌株SQR9对黄瓜根系分泌物中的多种小分子有机酸表现出较强趋化性。在此基础上,本文紧紧围绕菌株SQR9趋化黄瓜根际过程中相互作用的两个方面,即菌株 SQR9 中甲基趋化受体蛋白（Methyl-acceptingchemotaxisproteins,MCPs）和黄瓜根系分泌物（Cucumber root exudates,CREs）中的趋化物,开展了一系列研究。首先,依据MCPs特有的甲基化结构域,预测SQR9中所有潜在的MCPs;然后,利用无痕敲除技术构建SQR9中全部mcp基因敲除的突变体,并在此基础上构建单mcp基因回补菌株;接着,借助微流控系统筛选黄瓜根系分泌物中潜在的趋化物,并鉴定其对应的趋化受体;最后,通过靶标代谢组定量分析检测趋化物在根系分泌物中的浓度,设置一系列复配实验,从而揭示细菌趋化根际的分子机制。具体研究结果如下:1.菌株SQR9中共鉴定出八个MCPs,其中McpA和McpC对SQR9在黄瓜根际的定殖发挥关键作用。通过对SQR9全基因组信息进行筛选,结合MCPs特有的甲基化结构域,在SQR9中检测出八个MCPs,即McpA、McpB、McpC、McpR、TlpA、TlpB、HemAT和YfmS。构建mcp基因全敲除突变体SQR9△8mcp及八株单基因互补菌株。定殖试验表明突变体SQR9△8mcp的定殖数量（2.6×105 CFU g-1根重）比野生型SQR9（2.5×107 CFU g-1根重）下降了 2个数量级;SQR9△8mcp的生长代谢与野生型没有差异,说明菌株中MCPs介导的趋化作用对其根际定殖具有重要意义。McpA或McpC回补菌株的定殖数量均达到8～9×106 CFU g-1根重,显著高于SQR9△8mcp;其它六个mcp基因的单互补菌株的定殖能力与SQR9△8mcp不显著。在SQR9△8mcp基础上构建McpA和McpC的双基因回补菌株,定殖试验发现其定殖数量（2.4×107 CFU g-1根重）与SQR9之间没有显著差异。2.菌株SQR9对黄瓜根系分泌物中44种物质具有明显趋化作用,包括20种氨基酸、14种有机酸和10种其它物质。通过微流控技术,研究菌株SQR9对黄瓜根系分泌物中98种物质的趋化性表型,发现39种趋化物和5种趋避物。通过测定互补菌株的趋化表型探寻不同MCP与配体之间的感受及识别关系,结果如下:（1）McpA是菌株SQR9中可感受多种物质的重要趋化受体,其主要负责感受的趋化性物质共有20种,包括5种氨基酸（天冬氨酸、谷氨酸、异亮氨酸、赖氨酸和酪氨酸）,10种有机酸（苹果酸、柠檬酸、草酸、琥珀酸、延胡索酸、邻苯二甲酸、己二酸、脱氢抗坏血酸、甘油酸和3-羟基丙酸）,和5种其它物质（羟基氨基甲酸叔丁酯、甘露糖、核糖、海藻糖和核糖醇）;（2）McpB负责感受的趋化性物质共有6种,包括4种氨基酸（天冬酰胺、谷氨酰胺、甘氨酸和色氨酸）和2种有机酸（水杨酸、癸酸钠,均为趋避物）;（3）McpC感受的趋化性物质共有10种,包括9种氨基酸（亮氨酸、丙氨酸、缬氨酸、半胱氨酸、甲硫氨酸、苏氨酸、丝氨酸、脯氨酸和组氨酸）和1种有机酸（葡糖酸）;（4）McpR是解淀粉芽孢杆菌特有的趋化受体,专门负责感受精氨酸;（5）TlpA感受1种趋避物,即二硫苏糖醇;（6）TlpB感受的趋化性物质包括5种趋化物,即苯丙氨酸、麦芽糖、果糖、半乳糖醇和肌苷,和1种趋避物（十五酸）;（7）其它两种胞内的MCPs蛋白（即HemAT和YfmS）则没有鉴定到可以感受的物质。3.通过靶标代谢组学检测技术定量了根系分泌物中能够被McpA和McpC直接感受的20种物质的浓度。探究趋化物对于根际促生菌在定殖过程中所发挥的作用需要明确其在根系分泌物中的实际浓度。利用靶标代谢组学检测技术定量T0时期（子叶期,无真叶,移苗后5～10天）根系分泌物中的能够被McpA和McpC感受的33种趋化物的浓度,但能准确定量浓度的物质仅有20种,按其浓度从高到低进行排序,分别为柠檬酸、苹果酸、赖氨酸、琥珀酸、甘油酸、谷氨酸、甘油酸、缬氨酸、延胡索酸、甘露糖、天冬氨酸、异亮氨酸、丝氨酸、亮氨酸、脯氨酸、苏氨酸、己二酸、酪氨酸、丙氨酸和甲硫氨酸。4.菌株SQR9在根际的趋化能力由少数趋化性较强的物质决定。在 1×和 10×cre浓度条件下（1×cre,指原始收集黄瓜根系分泌物时容器中分泌物的浓度）,菌株SQR9无论对根系分泌物（1×和10×cre）或对人工复配的20种物质的混合样品（1×和10×Mix-20;其中1 ×Mix-20,指将定量的20种物质按照1×cre中测得浓度配置得到的混合溶液）都无趋化性。在100×cre浓度条件下,SQR9对苹果酸的趋化性最强,对赖氨酸、丝氨酸和延胡索酸3种物质趋化性中等,而对甘露糖、甘油酸、异亮氨酸、葡糖酸和谷氨酸等5种物质趋化性较弱;其余11种物质无法诱导SQR9的趋化反应。在1000×cre浓度条件下:苹果酸和葡糖酸是最强的两种趋化物;延胡索酸、丙氨酸、甘露糖和甘油酸是4种中等的趋化物;赖氨酸、苏氨酸、缬氨酸、琥珀酸和谷氨酸是5种较弱的趋化物;其余9种物质则无趋化性。随后,对100×和1000×cre浓度条件下20种物质按照趋化性指数从小到大分别进行排序（I30,即趋化性指数,当物质I30大于0.6时,为趋化物;当I30小于0.4时,为趋避物;当I30在0.4～0.6之间时,无趋化性）,如:将酪氨酸（在100×cre,I30最小）和亮氨酸（在1000×cre,I30最小）分别作为Mix-1,逐渐添加趋化性更强的物质,作为Mix-2、Mix-3、……、Mix-20。研究SQR9对两组19个Mix样品的趋化性,发现在100×cre浓度条件下,当添加亮氨酸到Mix-1（I30=0.50）制成Mix-2后,SQR9对其趋化性显著增强（I30=0.67）;继续添加其它物质直至Mix-19时,SQR9对混合物的趋化性逐渐增强,但没有显著变化（I30,0.65～0.80）;最后添加苹果酸,显著提高了 SQR9对Mix-20的趋化性。在1000×cre浓度条件下,只有在添加脯氨酸（Mix-2）和苏氨酸（Mix-13）时,SQR9对混合物的趋化性显著增强;而添加其它趋化物时,SQR9对混合物的趋化性逐渐增强,但不显著。综上所述,菌株SQR9主要通过McpA和McpC介导对黄瓜根系分泌物中少数趋化性较强的物质而实现根际趋化。本研究有助于深入理解根际促生菌与植物根系互作的分子机制,并为开发及合理施用相应微生物肥料产品提供理论依据。