磺酰脲类除草剂苄嘧磺隆因其活性高、杀草谱广,在农业生产中广泛使用。但苄嘧磺隆在土壤中的半衰期长达3个月,随着使用年限的延长,该除草剂在农田土壤中残留累积严重,易对后茬敏感作物产生较严重的药害问题,造成经济损失。如何去除农田土壤中苄嘧磺隆的残留,已经成为一个亟需解决的问题。本文以本实验室前期筛选的苄嘧磺隆高效降解菌株Hansschlegeliazhihuaiae S113为材料,选择田间苄嘧磺隆残留易造成药害的作物玉米为对象,研究了降解菌株在玉米根表和根际的定殖及其对玉米根系分泌物中有机酸成份的响应。模拟菌株S113生物膜的形成,比较了菌株S113根际降解能力和成膜能力对玉米药害解除的贡献,并通过转录组学的方法分析了玉米根系分泌物对降解菌株S113基因表达的影响。研究了降解菌株S113对苄嘧磺隆残留污染根际土壤修复的微生物生态学效应。同时,从玉米根际土壤中分离得到两株能与降解菌株S113共同作用促进玉米生长的细菌TULL-A和Q-4,并对两株细菌进行了鉴定。1.菌株S113在玉米根表和根际的定殖及根系分泌物对菌株S113的影响设计菌株S113中磺酰脲类除草剂酯酶基因sulE的引物探针,利用荧光原位杂交（FISH）技术,对菌株S113在玉米根表和根际的定殖动态进行了定性研究。通过激光共聚焦显微镜（CLSM）和扫描电子显微镜（SEM）观察发现,菌株S113主要定殖在玉米根部的分生区、伸长区和成熟区的表面,并可以形成微菌落。利用土培实验及荧光定量PCR技术,对菌株S113在玉米根表和根际定殖动态进行了定量分析,结果表明,菌株S113至少可以在根表和根际土壤中定殖15 d,在玉米根表的密度可以达到104-106 cells·g-1根,在根际能达到105-108 cells·g-1 土,在接种初期密度较大,随着时间的延长有所下降。通过水溶法收集了玉米的根系分泌物,研究发现可以促进菌株S113的生长,以及菌株S113对苄嘧磺隆的降解。通过高效液相色谱（HPLC）鉴定根系分泌物中部分有机酸的种类和含量,结果表明玉米根系分泌物中含有草酸、酒石酸、琥珀酸、L-苹果酸和富马酸,其中酒石酸的含量最高,达到409.1μM·g-1根。在苄嘧磺隆残留药害存在的条件下,玉米根系分泌物中有机酸的分泌受到严重的抑制,添加降解菌株S1 13后,对有机酸的分泌有一定的恢复作用。菌株S113对玉米根系分泌物及其所含的有机酸都有明显的趋化作用,其中对L-苹果酸的趋化响应最为强烈。定殖实验发现,L-苹果酸和富马酸可以显著诱导菌株S113在玉米根系的定殖。2.菌株S113生物膜对玉米药害去除能力的分析及菌株对玉米根系分泌物响应的转录组研究根据生物膜形成的机制,通过对比各种培养基中形成的生物膜,结合48孔细胞培养板,确定了菌株S113生物膜形成的培养基并在体外模拟了菌株S113生物膜的形成。通过激光共聚焦显微镜（CLSM）观察发现,菌株S113在玻底培养皿底部形成成熟稳定的生物膜,并且具有一定的立体结构。对菌株S113在48孔细胞培养板中生物膜形成及悬浮细胞生物量的动态变化进行定量研究,结果表明菌株S113的生物膜从24 h开始逐渐形成,在96 h形成稳定的生物膜,120 h开始解体。悬浮细胞的生物量随着时间延长有所升高,72 h基本稳定,96 h因为生物膜的形成有所下降,120 h因为生物膜的解体而达到峰值。利用细菌生物膜抑制剂三氯生,抑制菌株S113生物膜形成,以此法研究生物膜对玉米药害去除的影响。结果表明,0.2 mg·L-1三氯生可有效抑制菌株S113生物膜的形成,但对玉米和菌株S113的生长以及菌株降解能力没有明显的影响。在3 mg·L-1的苄嘧磺隆作用下,玉米的生长受到很严重的抑制;苄嘧磺隆处理的同时添加菌株S113修复,玉米的生长有很明显的恢复,与未添加菌株S113处理的幼苗在各项指标上均存在显著差异。添加三氯生的处理,对玉米的生长也有恢复作用,但是相对于未添加三氯生的处理,恢复作用相对较弱,茎叶鲜重和根鲜重差异显著。菌株S113不能降解另外三种磺酰脲类除草剂醚苯磺隆、烟嘧磺隆和吡嘧磺隆,但在这三种除草剂存在的条件下,菌株S113仍然可以在玉米根系定殖成膜。在3 mg·L-1醚苯磺隆、吡嘧磺隆和烟嘧磺隆的处理中添加了菌株S113,对玉米生长的恢复作用不明显。结果表明,菌株S113在玉米根际对于药害解除主要是降解能力,同时生物膜的形成对于药害解除也具有一定的促进作用。玉米根系分泌物可以显著促进菌株S113生物膜的形成,因此利用转录组测序分析了静态生物膜形成的条件下,玉米根系分泌物对菌株S113基因表达的影响。结果表明,玉米根系分泌物主要调控菌株S113的基因类群包括营养物质代谢,包括碳水化合物代谢（乙醇脱氢酶基因adh2,柠檬酸合酶基因gltA等）,氨基酸代谢（乙酰辅酶A酰基转移酶基因atoB,四氢嘧啶羟化酶基因ectD等）,脂类代谢（酰基辅酶A硫酯酶基因tesA等）,辅因子和维生素代谢（二氢新蝶呤醛缩酶基因folB等）,遗传信息处理（多聚腺苷酸聚合酶基因pcnB等）,跨膜运输（主要是ABC转运蛋白基因）,信号转导（主要是双组份调控系统基因）以及趋化运动（趋化蛋白基因motA,鞭毛组装相关基因flgE,fliF,flgH,fgB等）。接种后48h,营养物质代谢（菌株生物量的增加）与细胞运动相关基因的激活,接种后96h,胞外多糖生成相关的基因表达均可以促进菌株S113生物膜的形成。转录组分析结果可进一步解释菌株S113对玉米根系分泌物的趋化响应以及玉米根系分泌物促进了菌株S113的生长和生物膜的形成的机制。3.菌株S113对玉米根际土壤中苄嘧磺隆的降解效果及其生态学效应通过灌根的方式将菌株S113添加至苄嘧磺隆（0.067,0.5和3 mg·kg-1干土）污染的根际土壤中,对玉米根际土壤中苄嘧磺隆残留的降解效果和玉米生长的各项指标进行了测定。结果表明,在添加了 3 mg·kg-1干土苄嘧磺隆的玉米根际土壤中,苄嘧磺隆在20 d内的自然降解率为31.5%,而接种菌株S113的根际土壤样品,已经检测不到苄嘧磺隆残留,表明添加降解菌株S113可以有效去除根际土壤中的苄嘧磺隆残留,解除玉米药害,各项生长指标与对照相比无显著差异。同时利用HiSeq高通量测序技术研究其在5,10,15,20 d所取的根际土壤样品中的细菌群落结构动态变化过程。根际土壤中细菌群落结构的Alpha和Beta多样性分析结果表明:与对照土壤样品相比,不同浓度苄嘧磺隆处理的土壤样品中根际细菌群落结构多样性和丰富度减少,浓度越高,影响越大;当添加菌株S113进行修复后,对细菌群落结构有恢复作用。根据已报道的苄嘧磺隆降解菌所在属相对丰度变化的结果可知,在添加不同浓度苄嗜磺隆处理的样品中,Bacillus,Rhodococcus和Brevilubacils属的相对丰度随着时间的延长,有所升高,推测这三个属的菌株能以苄嘧磺隆为碳氮源刺激自身生长,Hansschlegelia属的相对丰度无明显变化。在同时添加苄嘧磺隆和菌株S1 13处理的样品中,Bacillus,Rhodococcus和Bevibacillus属的相对丰度随着时间的延长,先升高后降低,推测这三个属的菌株先以苄嘧磺隆为碳氮源生长,随着菌株S113将苄嘧磺隆完全降解,其相对丰度有所降低,而Hansschlegelia属的相对丰度随着时间延长逐渐降低。4.玉米根际土壤中2株细菌新种的分离与鉴定研究菌株S113在玉米根际定殖的过程中,从玉米根际土壤样品中分离得到4株细菌,能与菌株S113共同作用促进玉米生长,将其中2株细菌分别命名为TULL-A和 Q-4。菌株 TULL-A 与 Mangrovibacter plantisponsor MSSRF40T之间的 16S rRNA 基因同源性为99.56%,通过多相分类手段将菌株TULL-A鉴定为Mangrovibacter属的一个新种,命名为Mangrovibacter yixingensis sp.nov.TULL-At（=ACCC 19709T=KCTC 42181t）。菌株Q-4与本属菌株之间的16S rRNA基因同源性较低,与Pedobacter zeaxanthinifaciens TDMA-5t 的相似度为 97.40%,与 Pedobacter xixiisoli S27T 的相似度为95.8%。通过多相分类手段将菌株Q-4鉴定为Pedobacter属的一个新种,命名为Pedobacter nanyangensis sp.nov.Q-4T（=KCTC 42442T=ACCC 19798T）。本文从菌株S1 13在玉米根部的定殖、生物膜形成和玉米根系分泌物分析等方面着手,结合转录组和高通量测序等手段的分析,研究了菌株S113对玉米根际土壤中除草剂苄嘧磺隆残留降解的机制,为苄嘧磺隆污染农田土壤的修复提供理论依据。