黄瓜是世界上最受欢迎的蔬菜之一,在华北蔬菜主产区连续单一种植是设施黄瓜普遍且典型的种植模式。然而,随着连续集约化种植年限的增加和农家粪肥、化学肥料的大量施用,设施土壤出现了板结、酸化以及次生盐渍化、磷钾养分过剩、微生物区系失调等问题,造成根系生长发育不良、对养分吸收不平衡、黄瓜产量与品质下降。目前施用有益功能微生物菌剂是解决设施黄瓜生产障碍性问题的有效途径。基于此,本研究以河北省设施黄瓜特优区永清县大青垡村不同种植年限设施黄瓜和本课题组研发的巨大芽孢杆菌（Bacillus megaterium）及其产品为主要研究对象,探究施用巨大芽孢杆菌活化土壤磷钾并提高其作物有效性、促进黄瓜生长、调控根区土壤微生物群落特征的效应及其作用机制。首先,通过田间调查解析了不同连作年限设施黄瓜土壤微生物群落多样性、组成和结构的变化特征;其次,选取连作15年和仅种植2年的设施黄瓜开展田间试验,旨在探明不同种植年限设施黄瓜施用巨大芽孢杆菌对黄瓜生长和土壤微生物群落的作用效应;最后,通过盆栽试验,从代谢和转录水平揭示巨大芽孢杆菌作用机制。主要研究结果如下:（1）探明了设施黄瓜连续单一种植土壤微生物群落的变化特征。选取连续单一种植1年、8年、15年、22年的设施黄瓜,高通量测序分析了土壤细菌和真菌群落特征。结果表明,黄瓜连作8年及以上显著影响了设施土壤化学性质:土壤pH降低,但土壤电导率（EC）、有机质（OM）、土壤全量氮、磷、钾含量（TN、TP、TK）、硝态氮含量（NO3--N）以及有效磷钾（AP、AK）养分含量升高;同样也显著影响了根区土壤微生物群落特征:降低了土壤真菌群落多样性,降低了土壤细菌群落中放线菌门和土壤真菌中子囊菌门的相对丰度,却增加了细菌群落中酸杆菌门和厚壁菌门的相对丰度,并且改变了土壤细菌和真菌群落结构。冗余分析（RDA）表明,土壤OM、NO3--N是影响土壤细菌群落变化的主要因子,土壤pH、OM、NO3--N是影响土壤真菌群落变化的主要因子。（2）明确了连作15年设施黄瓜土壤施用巨大芽孢杆菌菌剂对黄瓜生长及土壤微生物群落的作用效应。连续两年田间试验表明,与常规施肥相比,常规施肥配施菌剂促进黄瓜产量至少提高11.8%,黄瓜果实和根系中磷钾养分吸收量至少增加27.5%和17.8%。同时,常规施肥基础上减施10%～20%化肥磷以及5%～10%化肥钾并配施巨大芽孢杆菌菌剂并未降低黄瓜产量、品质及磷钾生物利用性。q-PCR测定结果证明了菌剂施入根区土壤后,巨大芽孢杆菌可以在土壤中定殖。高通量测序表明施用菌剂显著提高了土壤细菌和真菌群落的丰富度。此外,施用菌剂并未显著改变土壤细菌群落中变形菌门、酸杆菌门、放线菌门、厚壁菌门以及真菌群落中子囊菌门等优势菌门的相对丰度。但是,显著增加了土壤细菌群落中具有促生和拮抗功能的类诺卡氏属和链霉菌属以及真菌群落中具有拮抗功能的粪壳菌目和肉座菌目的相对丰度,降低了致病菌黄单胞菌属的相对丰度。PCoA分析表明,巨大芽孢杆菌菌剂施用后20天内,显著影响了土壤细菌和真菌群落结构,土壤pH,AK,TP以及TK是影响土壤细菌群落变化的主要因子,土壤AK和TK是影响土壤真菌群落变化的主要因子。（3）明确了仅种植2年设施黄瓜土壤施用巨大芽孢杆菌菌剂黄瓜生长及土壤微生物群落的作用效应。连续两年田间试验表明,菌剂施用后巨大芽孢杆菌可以快速在根区土壤中定殖。黄瓜定植时施用巨大芽孢杆菌菌剂75 L/hm2为促进黄瓜生长的最适施用方式,可促进黄瓜至少增产6.71%,土壤有效磷钾含量至少提高11.6%和16.3%,以及黄瓜植株中磷钾的吸收量至少增加14.9%和17.8%,其活化土壤磷钾、促进磷钾吸收和黄瓜生长的效应明显。此外,施用菌剂显著提高了土壤细菌群落的丰富度,以及土壤细菌群落中具有拮抗功能的放线菌门、厚壁菌门以及溶杆菌属的相对丰度,和具有促生功能的假单胞菌属和黄杆菌属的相对丰度,显著降低了致病菌黄单胞菌属的相对丰度。此外,施用菌剂显著改变了土壤细菌群落结构,且土壤pH、AK是影响土壤细菌群落的主要因子。（4）揭示了巨大芽孢杆菌的作用机制。研究发现巨大芽孢杆菌在生长过程中可产生促生物质吲哚乙酸（IAA）、赤霉素（GA3）和玉米素（ZR）,直接促进黄瓜生长;巨大芽孢杆菌与黄瓜互作的研究发现,接种巨大芽孢杆菌可有效调控黄瓜根系内源植物激素水平,在接菌后第1天黄瓜根系IAA、水杨酸（SA）含量分别显著提高了 1.96、7.79倍,接菌后第8天ZR含量显著提高了 2.93倍,促进黄瓜生长以及增强黄瓜抗病性;此外,通过转录组测序解析了巨大芽孢杆菌与黄瓜互作后,黄瓜根系差异表达基因的变化情况。结果表明,巨大芽孢杆菌诱导黄瓜根系7070个基因差异表达,其中3250个基因表达上调,3820个基因表达下调。对差异表达基因进行KEEG pathway代谢通路富集分析发现,接种巨大芽孢杆菌主要影响了黄瓜根系的新陈代谢、环境信息处理、遗传信息处理等代谢通路。在代谢途径中巨大芽孢杆菌主要诱导了黄瓜根系中与促生相关的吲哚-3-乙酸-酰胺合成酶GH3.3、木葡聚糖基转移酶/水解酶、早开花蛋白等相关基因表达上调,最高上调123倍;诱导了与植物抗病相关的钙调蛋白、几丁质酶等相关基因表达上调,最高上调5.00倍。从转录水平初步揭示了巨大芽孢杆菌与黄瓜根系互作可以调控植物体内参与激素信号传导、植物-病原菌互作、萜类和酮类代谢以及丙酮酸代谢途径相关基因的表达,进而产生促生及抗病效应。