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连作障碍是设施蔬菜栽培中的一个重要问题。酚酸在土壤中的累积是导致黄瓜连作障碍的主要原因之一,阿魏酸（FA）以及对羟基苯甲酸（PHBA）是黄瓜连作土壤中产生自毒作用的主要酚酸类物质。因此,在土壤中施加FA和PHBA降解菌有助于缓解黄瓜连作障碍中的自毒作用。本研究从黄瓜根际土壤中分离了一株既能降解FA又能降解PHBA的菌株GLY-P2。经过生理生化分析和分子鉴定,该菌株为链霉菌属的一个新种,命名为Streptomyces sp.GLY-P2。GLY-P2菌株具有ACC脱氨酶活性,能分泌吲哚乙酸,可产生纤维素酶、蛋白酶和β-葡聚糖酶等水解酶类,具有促植物生长特性。在FA和PHBA总初始浓度为0.2g/L、温度40℃和p H7的条件下,GLY-P2具有较佳的FA和PHBA降解能力,原儿茶酸、香草醛和香草酸为该菌株代谢FA和PHBA产生的中间产物。在降解FA和PHBA的过程中,GLY-P2菌体中的超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、抗坏血酸过氧化物酶（APX）和脱氢抗坏血酸还原酶（DHAR）等抗氧化酶活性被诱导。为了阐明GLY-P2菌株的酚酸降解机制,对该菌株进行了基因组测序。GLY-P2菌株的基因组由1个闭合环状染色体组成,全基因组长度为10311688bp,GC含量为71.2%,编码基因9409个,有4个前噬菌体、36个基因岛和362个分泌蛋白基因。在此基础上进行比较转录组测序分析,共发现1360个显著差异表达基因（DEGs）,其中790个基因上调表达,570个基因下调表达。对DEGs进行GO功能注释和功能富集分析结果表明,上调基因主要集中在蛋白质代谢、有机氮化合物的代谢、N-乙酰转移酶活性、N-酰基转移酶活性以及RNA结合等方面。通过KEGG注释分析,共得到了98条KEGG代谢途径,发现48个DEGs参与了含有苯环结构的化学物质的生物降解,阿魏酰辅酶A合成酶基因、原儿茶酸-3,4-双加氧酶基因等12个FA代谢酶基因显著上调表达。此外,综合GLY-P2的转录组分析结果、基因组的基因功能注释结果和苯甲酸降解的KEGG通路,还找到了该菌株的11个PHBA代谢酶基因。荧光定量PCR结果表明FA和PHBA使其代谢酶基因的表达量显著上调。因而,本研究提出了FA和PHBA的降解途径如下:FA经阿魏酰辅酶A合成酶（fcs）和烯酰基辅酶A水解酶/醛缩酶（ech）两步催化形成香草醛,再氧化形成香草酸,脱甲基后形成原儿茶酸;PHBA经4-羟基苯甲酸盐-3-单氧化酶（pob A）分解成原儿茶酸;FA和PHBA代谢产生的原儿茶酸都通过β-酮己二酸代谢途径逐步降解,最后形成乙酰辅酶A进入三羧酸循环。为了分析GLY-P2菌株缓解连作障碍的效果,把该菌株接种到含有FA和PHBA混合酚酸、种植了黄瓜的土壤中。结果显示,在FA和PHBA的混合酚酸条件下,GLY-P2能使土壤中的FA和PHBA含量降低,改善植株的生长,还增强了SOD、CAT、APX、DHAR等抗氧化酶的活性,增加了叶片中抗坏血酸（ASA）和还原型谷胱甘肽（GSH）等抗氧化物的含量,提高了Cu/Zn-SOD、Mn-SOD、CAT和APX等基因的表达量,使植株中丙二醛（MDA）、过氧化氢（H2O2）和超氧阴离子（O2.-）的含量分别降低了64.59%、18.16%和58.56%。基于16S r DNA高通量测序技术分析黄瓜根际土壤细菌群落的组成,发现FA和PHBA的混合酚酸使28个属的相对丰度显著增加,使27个属的相对丰度显著降低;在FA和PHBA的混合酚酸条件下,GLY-P2改变了土壤微生物群落的丰富度、多样性和群落组成结构,19个属的相对丰度显著升高、38个属的相对丰度显著降低,还影响了微生物区系的共发生模式以及网络拓扑属性。此外,GLY-P2提高了磷酸酶、过氧化氢酶、脲酶和蔗糖酶等土壤酶的活性,使根际土壤中的水解氮、速效磷、速效钾、有机碳含量显著增加。为了分析GLY-P2菌株在土壤中的酚酸降解机制和促植物生长特性,本研究克隆了FA降解途径中的代谢酶基因,将其逐个进行超表达获得工程菌。测定各个工程菌的FA降解率后发现超表达香草醛脱氢酶基因（vdh）的工程菌降解FA的速率不仅显著高于其他工程菌,而且在60、72、84和96h分别是原始菌株FA降解率的1.2、1.3、1.01和0.92倍,因此vdh被鉴定为GLY-P2菌株中FA降解途径的限速酶。同时还克隆了GLY-P2菌株的ACC脱氨酶基因（acd S）以及本实验室已鉴定的GLY-P2中PHBA降解途径的限速酶基因—3-琥珀酰辅酶A转移酶基因（pca IJ）,使这两个基因在GLY-P2中逐个过量表达分别获得工程菌GLY-P2A2和GLY-P2P。另外,构建了acd S、vdh和pca IJ基因的串联共表达载体,获得了过量表达vdh和pca IJ基因的工程菌GLY-P2FP、过量表达acd S、vdh和pca IJ基因的工程菌GLY-P2AFP。在含有FA和PHBA混合酚酸、种植了黄瓜的土壤中接种工程菌后,与接种原始菌株GLY-P2相比,工程菌GLY-P2A2、GLY-P2FP以及GLY-P2AFP均显著提高了植株生长量,增加了黄瓜体内抗氧化酶活性和和抗氧化物的含量,减少了叶片中活性氧的水平,增强了土壤酶活性和N、K、P、C循环。这表明GLY-P2的vdh、pca IJ和acd S基因参与了该菌株在土壤中的酚酸降解和促植物生长作用。因此,GLY-P2通过降解土壤中FA和PHBA的含量,分泌ACC脱氨酶等促植物生长物质,激活植株抗氧化酶活性,诱导土壤酶活性,改变土壤理化性质和微生物群落结构,从而缓解了FA和PHBA对黄瓜的胁迫。这为GLY-P2在黄瓜连作障碍中的应用提供了理论支持。