化肥与农药大量使用引起的农业生态环境污染及食品安全问题日益严重。微生物肥料因其高效且功能多样的优势,已被纳入国家“十三五”发展规划,将进入发展黄金期,在减肥增效的新时代将起到更为广泛的作用。不产氧光合细菌(Anoxygenic phototrophic bacteria,APB)作为微生物肥料(光合细菌菌剂)早已被广泛研究与应用,其促植物生长效果已有较多报道。但其促植物生长机制研究还很不全面及深入,且研究仅局限于个别菌株。APB具有何种促生长机制?同一物种是否具有多种促生长机制或途径?其产生条件及环境影响因素如何?目前均尚不明确,这也限制了其生产技术的创新、效果的稳定和合理应用。本课题旨在阐明APB具有哪些促植物生长机制,是否普遍存在,也为APB促植物生长效果提供了系统全面的理论参考。主要研究结果如下:·首先从基因组水平上,系统分析了99株APB中与促植物生长相关功能基因的分布规律,以阐明APB促植物生长潜在机制。研究结果显示APB可通过溶磷、固氮、合成吲哚乙酸(Indole-3-pyruvic acid,IAA)和5-氨基乙酰丙酸、调节乙烯合成等机制直接促进植物生长;通过合成铁载体、γ-氨基丁酸、胞外多糖、一氧化氮和亚精胺等提高植物抗逆性以间接促进植物生长;通过合成胞外多糖、钝化金属离子,合成金属硫蛋白等降低有效重金属含量及植物对重金属的吸收与富集,间接促进植物生长。·选择目前应用较广泛且本实验室保存的6种APB,测定了它们固氮、解磷及IAA合成能力;选择高活性菌株进行盆栽实验,观察了发酵液、菌体及其上清液对小白菜的促生长效果。初步测定结果显示,4种紫色非硫细菌均能固氮和溶磷,这6种APB均检测到IAA的合成,其中Rhodopseudomonas palustris CQV9合成量最高,选择该菌株进行为期21天的盆栽实验结果显示,发酵液、菌体及其上清液对植物促生长的效应存在差异,其中上清液对小白菜株高、叶绿素含量和可溶性蛋白影响较大,菌体对小白菜根长和可溶性糖的影响较大,较CK分别提高了30.8%和65.6%。·研究了6种APB合成IAA的最适条件,探讨了外源色氨酸(Tryptophan,Trp)对菌体生长量和IAA合成的影响,通过检测中间代谢产物探求了6种APB的IAA合成途径及主要影响因素。结果显示,IAA合成途径受到初始pH、光照强度、接种量和装样量的影响,不同APB合成IAA的最适条件差异较大,Trp促进菌株IAA的合成,但对生长有抑制作用。这6种APB均具有3条IAA合成途径,即3-吲哚乙酰胺、色胺和吲哚-3-丙酮酸途径,其中Rhodopseudomonas palustris CQV97和CGA009以及Rhodobacter sphaeroides还具有3-吲哚乙腈代谢途径。·选择重金属关键基因统计结果相似的3种APB,在重金属镉胁迫下,观察了其对油麦菜生长和重金属富集的影响。结果显示,随镉浓度增加,其对植物胁迫效果愈发明显,而用菌悬液处理后,明显降低重金属镉对植物的胁迫和富集作用。CQV97处理效果最好,表现在植物叶绿素含量升高,株高和根长也增加,与CK相比,分别提高了5.09倍、69.0%和83.3%,植物对镉的富集系数有明显降低。综上所述,本研究从基因组水平上较系统的阐明了APB促植物生长机制并通过实验证明了APB能通过固氮、解磷和合成IAA的机制直接促进植物生长,通过降低重金属对植物的胁迫作用间接促进植物生长,不同APB种类具有的不同的IAA合成途径及促生长机制,为进一步研制与合理应用APB菌剂提供了理论依据。