目的:由于集约化农业的快速发展过程中化肥、农药的过度使用,导致了一系列耕地问题,例如营养不平衡、微生物多样性被破坏和重金属过度累积。铬作为一种典型的重金属污染,对植物生长和人类身体健康存在巨大的危害。植物促生菌(PGPB)是土壤中非常重要的微生物,其对植物的生长、防病都有很多积极的影响,并且许多PGPB都有一定的重金属抗性和修复能力。基于此背景,我们旨在开发既可以对植物促生、防病,又可以治理土壤铬污染、改善土壤微生态的固定化菌剂。本论文深入研究细菌与膨润土载体之间的粘附机制、固定化菌剂对植物根系分泌物的响应趋化与传输扩散以及固定化菌剂对六价铬污染土壤的修复效果,为微生物菌剂的开发和利用提供一定的理论指导。方法:在实验室前期关于枯草芽孢杆菌SL-44在植物促生、防病的研究基础上,通过全基因组和转录组学解析了该菌株对Cr(VI)的抗性与还原机制,接下来探究了该菌株在膨润土载体上的界面粘附机制和固定化菌剂在Cr(OH)_3修饰多孔介质中的迁移扩散行为;此外,通过物理表征和生理学分析,为SL-44菌株选择了性能良好的腐殖酸保护剂,最后评估了载体-保护剂复合物固定化SL-44对铬污染土壤中铬稳定性和微生态的影响。结果:1)为了修复当前农田中铬污染,以满足土壤重金属Ⅱ级限值。本研究利用实验室前期筛选的枯草芽孢杆菌SL-44,发现该细菌会吸附Cr(VI)和Cr(III)还原产物致使其表面出现褶皱并且可以在细胞内部形成Cr_2O_3纳米颗粒。从SL-44基因组中发现了nfs A、nfr A和yod C等铬酸盐还原酶和ywr A、ywr B和ywr C等铬酸盐外排蛋白相关的抗性基因。转录组分析结果表明,铬胁迫下SL-44细胞体内大量参与转录、核糖体的结构构成和细胞膜生物合成等相关基因被上调,而氧化还原酶活性、膜运输和氨基酸代谢等基因被下调,这说明Cr(VI)在一定程度上对SL-44细胞存在生物毒性。2)膨润土矿物可作为微生物的载体,其负载SL-44后可以提高细菌的存活稳定性和Cr(VI)还原能力。本研究考察了两种细菌(SL-44和Rs-2)与5种不同膨润土载体的界面相互作用。结果表明,由于最大的酸碱相互作用,疏水硬脂酸改性膨润土具有最大的细菌吸附量和亲和力。Rs-2与载体之间的酸碱相互作用增强了其粘附性,这可能是由于其表面结构更疏水,可以像扫帚一样去除界面水。荧光激发-发射矩阵(EEM)和荧光区域归一化体积积分表明,SL-44的胞外聚合物(EPS)中低极性且芳香度较高的亲脂蛋白大分子被优先吸收并占据了载体的吸收位点,因此导致其较小的吸附量。3)细菌在多孔介质中的传输关系到微生物的命运和土壤污染物的生物修复效果。目前,微生物对根系分泌物的策略响应对细胞传输扩散的影响仍然未知。在流动条件下,增加脯氨酸、蔗糖、苹果酸和没食子酸等化学效应剂的浓度和添加固定化载体(100 mg/L膨润土或生物炭)分别提高和降低了SL-44在Cr(OH)_3修饰石英砂柱中的孔间传输。通过对流弥散方程对实验数据进行拟合,发现减弱的孔间传输与增大的对流弥散系数相对应,并且SL-44的策略响应指数与对流弥散系数之间存在显著的线性相关(R~2=0.8779～0.9248)。荧光定量PCR结果表明,载体固定化可以强化SL-44在Cr(OH)_3污染土壤中的沉积,为微生物菌剂应用于铬污染土壤修复提供了理论指导。4)以腐殖酸(MA-HA)和SL-44为研究对象,通过光谱学、电化学表征和转录组分析等手段,探讨了MA-HA对SL-44还原Cr(VI)过程中的强化机制。结果表明,MA-HA表面的酚基和羧基首先与铬离子络合,腐殖酸中具有较多п-п共轭结构的荧光组分是对Cr(VI)最敏感的部分。与SL-44相比,SL-MA复合物(MA-HA固定化SL-44)不仅增强了Cr(VI)还原效率和中间态Cr(V)的生成量,而且降低了电化学阻抗,实现了良好的电子转移。MA-HA的添加能显著减弱Cr(VI)对细菌的毒性,并减少细菌胞外聚合物中谷胱甘肽的积累。转录组Etoposide溶解度分析表明铬胁迫下,MA-HA存在使SL-44中参与谷胱甘肽合成和多羟基丁酸(PHB)水解相关基因下调。并且外源腐殖酸的添加可以增强膨润土负载型SL-44对Cr(VI)的还原能力并且缩短Cr(VI)还原所需的时间。5)通过盆栽实验评估了SL-44、腐殖酸保护剂和微生物载体在铬污染土壤修复过程中各自的贡献,我们进行了盆栽实验。结果表明,施加SL-MA复合物增加了土壤中残渣态铬组分的比例并Erdafitinib价格降低白菜根、叶等中的铬富集。除此之外,相较于载体固定化细菌的处理组,载体-腐殖酸复合物固定化SL-44处理组显著增强了土壤过氧化氢酶和脲酶的活性,并且可以降低土壤微生物群落变化对铬含量的变化的响应度,进而增强微生物群落对铬毒性的抗性。各处理均不会影响土壤原始生态结构,芽单胞菌门的OTU9与铬组分(F1、F2和F3)均呈现显著负相关。功能预测分析表明,载体-腐殖酸复合物固定化SL-44处理组中,外源生物降解代谢和萜类多酮类的代谢酶活显著高于未添加腐殖酸的处理组。结论:综上可知,本研究探究了SL-44的Cr(VI)还原方式和可能的还原基因,并深入分析了铬胁迫对其转录调控的影响。此外,还阐明了SL-44与膨润土载体之间的界面粘附行为,并探究了载体固定化SL-44在Cr(OH)_3修饰多孔介质中的扩散沉积规律。揭示了腐殖酸保护剂对SL-44还原Cr(VI)时的内在强化机制。并综合分析了载体-保护剂复合物固定化Ssystems biologyL-44对土壤中铬稳定性和微生态的影响,为微生物菌剂制备和合理应用提供了理论指导。