氮素是动、植物生长发育所必须的元素之一,也是微生物生长的重要营养元素。但是化学肥料的过度使用使得肥料残留于土壤中,并导致环境污染与水质富营养化。如何提高植物对于氮素的吸收利用效率以增加作物产量,是开发绿色可持续农业急需解决的难题。生物固氮被证实是一个行之有效的方法。挖掘微生物固氮及促生的调控机制对于指导氮肥施加以及开发绿色农业具有重要意义。本研究选取三种不同类型的水稻根系固氮菌,对其碳氮源的利用情况进行研究,利用液相色谱技术分析不同氮浓度下菌株有机酸和植物激素的生物合成,并结合全基因组测序揭示三株固氮菌生物合成的基因组学机制。主要研究结果如下:1.通过两种不同的培养基培养观察发现,菌株在含有氮源的LB培养基和不含有氮源的Ashby培养基上表现出菌落形态上的差异。三株菌株均可在含有不同碳源的无氮培养基中生长,但可利用的碳源物质不一致。菌株Raoultella terrigena NC01可利用甘油、葡萄糖、蔗糖、丝氨酸、脯氨酸和丙酮酸。菌株Sinorhizobium sp.NC02可利用丙酮酸、乙醇、甘露醇、山梨醇、甘油、丝氨酸、脯氨酸、半胱氨酸、葡萄糖、蔗糖、乳糖和乙酸乙酯。菌株Herbaspirillum sp.ACC01可利用甘油、丙酮酸、丝氨酸、脯氨酸和乳糖。当培养基中添加氮源,三株菌株均能够利用柠檬酸、琥珀酸、乙酸、α酮戊二酸和苹果酸这五种参与三羧酸循环的碳源物质,且随着氮源浓度的增加,菌株的生长得到促进。2.通过对菌株进行溶磷性检测,发现三株菌株均具有溶磷能力。菌株R.terrigena NC01具有较强溶磷性,溶磷量在氮浓度为0 m M时有最大值,为603.4mg·L-1·OD-1。菌株Sinorhizobium sp.NC02和菌株Herbaspirillum sp.ACC01均在氮浓度为0 m M时有最大的溶磷量,分别为125.9 mg·L-1·OD-1和31.3 mg·L-1·OD-1。随着氮浓度的升高,三株菌株均表现出溶磷能力逐渐减弱的特性。3.使用液相色谱技术检测三株菌株在不同碳源及不同氮浓度下的植物激素分泌。结果表明,添加氮源促进激素的分泌,但过高的氮浓度（2.5 m M）抑制激素的分泌。三株菌株能够利用不同碳源分别合成分泌生长素（IAA）、细胞分裂素（6-BA）、脱落酸（ABA）、茉莉酸（JA）和赤霉素（GA3、GA7）,但分泌的浓度和种类具有差异。甘露醇显著的提高R.terrigena NC01和Sinorhizobium sp.NC02生物合成IAA、ABA和GA3。甘露醇为碳源,氮浓度为1 m M时,R.terrigena NC01分别生物合成0.21μg/ml IAA、0.09μg/ml ABA和5.67μg/ml GA3,Sinorhizobium sp.NC02分别生物合成0.14μg/ml IAA、0.11μg/ml ABA和3.66μg/ml GA3。甘露醇显著的提高Herbaspirillum sp.ACC01生物合成IAA、ABA、JA和6-BA。甘露醇为碳源,氮浓度为1 m M时,Herbaspirillum sp.ACC01分别生物合成4.73μg/ml IAA、0.84μg/ml ABA、5.56μg/ml JA和3.44μg/ml 6-BA。4.使用液相色谱技术检测三株菌株在不同碳源及不同氮浓度下的有机酸分泌。发现三株菌株均能够利用不同碳源生物合成酒石酸、甲酸、苹果酸、乙酸、丙酮酸、柠檬酸和富马酸,但只有部分碳源能被利用来生物合成草酸。三株固氮菌株生物合成有机酸的最适碳源不一样。不同有机酸的生物合成对于氮浓度的响应不一致。整体而言,随着氮浓度的增加,有机酸的分泌增加。5.对三株菌株进行全基因组测序分析和功能注释,结果显示,三株菌株均具有较活跃的碳水化合物代谢、氨基酸代谢以及次级代谢产物合成的能力。其中碳水化合物代谢与氨基酸代谢的通路注释结果与碳源利用结果相符。菌株均能够编码完成糖酵解、TCA循环、葡萄糖醛酸酯相互转化、丝氨酸代谢、脯氨酸代谢、磷酸肌醇代谢等途径。另外,三株菌株均能够编码合成PTS转运系统,以调节碳氮平衡。综上所述,不同氮浓度可调节水稻根系固氮菌的生长、溶磷性、植物激素和有机酸的分泌。