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甘蔗是重要的禾本科糖能兼用高大型经济作物,我国甘蔗产量现全球排名第四,且主产区主要集中在广西。甘蔗生长周期长,化学氮肥用量较多。然而大量施用化肥不仅给农田生态环境带来污染,同时也影响到甘蔗品质及生产成本。植物促生细菌通过固氮、分解无机磷酸盐、抗生物及非生物胁迫等多种途径间接或直接促进作物生长。利用植物促生细菌的促生功能,减少农药、化肥的施用量是实现甘蔗生态种植的一条理想途径。肠杆菌属是一类重要的植物促生细菌,本研究利用9种培养基从甘蔗属5个种根系中分离获得了一批肠杆菌属菌株,通过体外促生特性分析,得到了一株促生效果良好的优良菌株;应用全基因组学、转录组学、蛋白质组学、宏基因组学,15N同位素稀释等技术对该优良菌株与甘蔗互作的生理及分子生物学基础进行了探索。主要研究结果如下:1.从甘蔗属5个种根系中共分离得到180株内生细菌,经16S r RNA序列鉴定有23株为肠杆菌属,其中印度种（S.barberi）盘沙鞋中有3株,热带种（S.officinarum）拔地拉中有4株,大茎野生种（S.robustum）中有5株,崖城割手密（S.spontaneum）中有7株,中国种（S.sinense）友巴中有4株。2.在23株肠杆菌属细菌中,有13株（56.52%）能分泌嗜铁素,16株（69.56%）对无机磷酸三钙增溶,23株（100%）能够以ACC为唯一氮源生长,10株（43.47%）可以产HCN,18株（78.26%）可以产氨。所有参试肠杆菌属菌株的ACC脱氨酶活性（ACCD）在212.73～1192.74 nmolα-酮丁酸（α-ketobutyrate）mg-1 h-1之间;固氮酶活性在8.23～29.60 nmol C2H4 mg protein h-1之间;0.5%色氨酸培养下的IAA产量在70.64～732.93μg m L-1之间;1%色氨酸培养下的IAA产量在46.16～527.42μg m L-1之间。同时,各菌株纤维素酶（cellulase）活性在93.58～449.25 IU m L-1之间;几丁质酶（chitinase）活性在125.09～338.2 IU m L-1之间;内切葡聚糖酶（endoglucanase）活性在529.59～1554.92 IU m L-1之间;蛋白酶（protease）活性在144.51～172.99 IU m L-1之间。对肠杆菌抗非生物胁迫测试表明,菌株ACD1耐盐性最强,菌株BC1、ED5、ED4和CI1表现出较强的耐酸碱性,菌株ED5表现出最强的耐温性。同时,植物病原菌平板对峙试验表明,23株肠杆菌属细菌中分别有21株（91.3%）对S.scitamineum有拮抗活性,11株（47.82%）对C.paradoxa有拮抗活性,16株（69.56%）对F.moniliformae有拮抗活性,20株（86.95%）对F.cubense有拮抗活性,18株（78.26%）对B.cinerea有拮抗活性。3.GFP标记和扫描电镜（SEM）分析表明,优良菌株E.roggenkampii ED5能够在甘蔗品种GT11根、茎和叶中成功定殖。用BIOLOG微板对E.roggenkampii ED5的碳氮源利用分析表明,该优良菌株能够利用10种糖类物质（26.29%）、6种氨基酸（66.67%）、6种己糖酸（66.67%）以及羧酸、酯、脂肪酸类（88.89%）等碳源物质;对氮源利用率达到88.42%,其中包括全部12种无机氮类底物、21种有机氮类底物、全部42种氨基酸类底物、4种核苷酸及两种核苷。4.对优良菌株E.roggenkampii ED5进行全基因组完成图测序,共获得4,702,851 bp基因序列,全基因组平均GC含量为56.05%,包含一个染色体和一个质粒基因组。其中,染色体基因组含有4349个CDS基因,且分别有2949、4028和2839个CDS基因在GO、COG和KEGG数据库中被注释。同时,预测到染色体基因组中含有氮代谢、嗜铁素、植物激素、膜形成、硫代谢及同化、抗菌肽、抗性诱导形成、根定殖、抗非生物胁迫等多种促生潜在基因。菌株E.roggenkampii ED5基因组在NCBI中的登录号为MT649070-MT649083。5.在温室条件下把优良菌株E.roggenkampii ED5回接到甘蔗品种GT11和B8,在30 d和60 d时两个甘蔗品种株高、茎重、叶面积、根重等农艺参数以及光合速率、蒸腾速率和气孔导度等光合参数均显著增加,同时甘蔗氧化应激酶类、氮代谢酶类活性和内源激素含量也发生显著性改变,说明该优良菌株对甘蔗有良好的促生效果。6.接种菌株E.roggenkampii ED5后对两个甘蔗品种GT11和B8叶片的转录组学分析表明,有1905个差异表达基因（DEGs）在GT11中被鉴定到,其中上调表达和下调表达DEGs分别有1093个和812个;有6214个差异表达基因在B8中被鉴定到,其中上调表达和下调表达DEGs分别有4627个和1587个。GT11差异基因在GO中主要富集在过氧化物酶活性、过氧化氢分解代谢过程、细胞壁生物组织或生物发生等生物过程,在KEGG中主要富集在苯丙烷生物合成、MAPK信号通路-植物、植物激素信号转导、谷胱甘肽代谢等代谢通路。B8差异基因在GO中主要富集在茉莉酸介导生物调节、细胞分裂素代谢过程、细胞激素代谢过程、次级代谢过程、光合作用光系统等生物过程,在KEGG中主要富集在淀粉和蔗糖代谢、氮代谢、苯丙氨酸代谢等代谢通路。7.利用TMT串联质谱蛋白质标记技术,接种菌株E.roggenkampii ED5后对两个甘蔗品种GT11和B8叶片的蛋白质组学分析表明,有177个差异表达蛋白（DEPs）在GT11中被鉴定到,其中上调表达和下调表达DEPs分别有103个和74个;有378个差异表达蛋白（DEPs）在B8中被鉴定到,其中上调表达和下调表达DEPs分别有244个和134个。GT11差异表达蛋白在GO中主要富集在刺激性反应、胁迫反应、分解代谢过程、化学物质反应等过程,在KEGG中主要富集在苯丙素生物合成、光合作用-天线蛋白、β-丙氨酸代谢、色氨酸代谢、脂肪酸降解、昼夜节律-植物等代谢通路。B8差异蛋白在GO中主要富集在催化活性、氧化还原酶活性、水解酶活性、碳水化合物代谢等过程,在KEGG中主要富集在谷胱甘肽代谢、半乳糖代谢、氨基糖和核苷酸糖代谢、氮代谢、精氨酸和脯氨酸代谢、色氨酸代谢、抗坏血酸和醛酸代谢等代谢通路。8.利用15N尿素同位素稀释法设置了低、中、高三个不同施氮水平,甘蔗品种GT11和B8接种ED5后,与不接菌对照相比,在60 d、120 d、180 d和240 d四个时期,株高、茎径、鲜重、光合速率、蒸腾速率及气孔导度等农艺和光合参数均显著性增加,氧化应激酶类和氮代谢酶类活性、植物内源激素含量以及甘蔗根际土壤酶类活性在不同时期随着施氮量的不同也发生显著性变化。不同施氮水平影响着菌株ED5对甘蔗的促生效应,且在甘蔗生长苗期表现尤为突出。同时,接菌后两个甘蔗品种根、茎、叶全氮含量显著增高,菌株ED5对甘蔗表现出一定的固氮效应,且在低氮水平下固氮效率较高。9.在不同施氮水平,甘蔗品种GT11和B8接菌后,利用宏基因组测序技术在根际土壤中共获得7个微生物界、83个门、155个纲、275个目、488个科、1307个属和4655个种。与不接菌对照相比,在属和种水平,接菌处理的GT11根际土壤在低氮和高氮水平下氮代谢相关物种丰富度均增加,其中在属水平分别增加了2.06%和2.92%,在种水平分别增加了0.09%和4.43%;而接菌处理的B8根际土壤在低氮和中氮水平下氮代谢相关物种丰富度均增加,其中在属水平分别增加了1.42%和3.3%,在种水平分别增加了0.80%和4.24%。同时,固氮基因丰度在中氮水平下显著性提高。综上所述,甘蔗根系内生肠杆菌对甘蔗生长起着重要作用。在本研究中,优良菌株E.roggenkampii ED5对甘蔗的农艺性状、氮素营养利用、生理酶活及根际氮代谢微生态等方面均产生积极影响,促生效果明显,具有深入研究和应用的价值。