氮(Nitrogen,N)是自然界中最普遍的元素之一,游离的氮不能直接被植物利用,土壤中可利用态的氮素又很匮乏,导致氮素成为限制农业发展的一大关键。过量氮肥的施用LBH589采购会导致营养Medical service流失,土壤肥力下降,地下水严重氮污染等恶劣的环境问题。因此研究高效的功能型生物菌剂来处理水体中的氮污染并促进绿色可持续发展代替化学氮肥施用是目前研究的重点。本研究前期对武汉市农药厂的地下沉积水中分离得到的7株具有异养硝化-好氧反硝化(Heterotrophic nitrification-aerobic denitrification,HNAD)能力的细菌进行了脱氮能力的检测,发现其中一株肠杆菌Z1和克雷伯氏杆菌Z2具有较强的脱氮能力,但均无法将水体中的氮完全去除。当将两株菌混合培养后,共培养菌株“Z1+Z2”表现出了显著的脱氮能力。在共培养条件下,培养基中的氨氮,硝态氮和亚硝态氮的去除率均达到97%以上,平均去除速率分别为18.20 mg/L*h,11.7 mg/L*h和5.18mg/L*h。为了探究复合菌株“Z1+Z2”的脱氮机制,我们开展了代谢组学、差异蛋白组学、荧光定量和RNA干扰技术分析。通过代谢组学分析发现,复合培养条件下吲哚乙酸(Indoleacetic acid,IAA)及其次生代谢产物儿茶酚和邻氨基苯甲酸酯分别上调了105倍、2.55倍和5.09倍。实验数据分析表明,IAA代谢对HNAD进程的促进是多重调控的结果:1)菌株Z2促进了自身的脱羧代谢途径,为菌株Z1提供了IAA,激活了菌株Z1的IAA代谢途径。2)IAA诱导脱氮过程中反硝化关键酶的表达。3)菌株Z1的IAA代谢途径需要硝酸盐和亚硝酸盐作为电子受体。同时,为了进一步验证复合微生物菌剂的应用潜能,我们设计了小型生物反应器,并选择了低有机质的工业废水,高有机质的猪场废水和农药-氮素复合污染的废水进行了自动化处理实验,结果表明复合微生物菌剂“Z1+Z2”在自然废水中的脱氮率能达到96%以上,且能同步去除水体中伴随的磷,农药和有机质污染,展现出了极强的水体污染治理和修复的能力。肠杆菌Z1和克雷伯氏杆菌Z2均属于HNAD菌,且能产生大量的IAA,后者在土壤环境中具有较高的价值。因此本研究以复合微生物菌株“Z1+Z2”为模型,旨在盆栽实验中探究根际细菌与大豆和根瘤菌共生固氮的关系。我们采用红色和绿色荧光蛋白分别标记菌株Z1和Z2,并开展了大豆的水培和土培实验,结果表明复合微生物菌剂“Z1+Z2”能在大豆根际土壤中良好的定殖并显著促进大豆的生物固氮体系,表现在大豆地上鲜重,固氮酶活,根瘤数量和重量分别上调了50%,94%,71%和54%。接着,我们利用根际代谢组学分析,大豆固氮表型的检测,荧光定量(qRT-PCR),KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)数据库分析等等,揭示了添加复合菌剂“Z1+Z2”后根际土壤和大豆根内的黄酮类物质、植物激素和磺酸盐类物质显著积累。通过分子水平的分析和实验数据的验证,我们发现复合微生物菌剂“Z1+Z2”促进大豆和根瘤菌的生物固氮过程是多重调控的结果,主要概括为两个方面:1)菌株Z1能产生大量(Salicylicacid,SA),而菌株Z2主要在土壤中积累IAA,共同促进Cobimetinib IC50了根瘤的早期生长发育。2)大豆产生分泌的牛磺酸可被菌株Z1和Z2吸收并分解代谢产生乙酰辅酶A,后者再被大豆吸收合成类黄酮,从而促进了生物固氮进程。综上,本研究发现了共培养菌株“Z1+Z2”具有超高的脱氮能力,且IAA的代谢与脱氮进程密切相关。同时复合微生物菌剂“Z1+Z2”能分泌丰富的小分子化学物质,多角度调控大豆的生物固氮进程。本研究解析了复合微生物菌剂高效氮去除和促进大豆生物固氮体系的互作机制,为生物脱氮和根际微生物促进氮循环提供了新的理论依据,也为微生物处理自然污染修复环境问题提供了新的可能。