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植物根际促生菌（Plant growth promoting rhizobacteria,PGPR）定殖在根际系统,与植物建立互惠关系,通过各种策略促进植物生长。我国PGPR主要分离自粮食和经济作物等植物根际。极端生境下植物根际促生菌的挖掘将有利于丰富根际促生菌资源,而我国西北荒漠区旱生植物根际促生菌资源有待挖掘。梭梭（Haloxylon ammdendron）是我国西北荒漠区重要的固沙树种之一,具有发达的根系以及超强的抗旱和耐盐能力,其根际可能蕴含着丰富的微生物资源。本课题组前期分析了内蒙古阿拉善右旗和甘肃民勤不同封育年限梭梭根际土壤微生物多样性,并鉴定出多株PGPR菌株,其中一株编号为WM13-24的菌株经全基因组测序可归属到枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）。进一步研究发现,B.subtilis WM13-24能促进黑麦草、紫花苜蓿等植物的生长,然而其促进植物生长的机理尚不明确。因此,本研究以模式植物拟南芥及其具有特定植物激素信号通路缺陷的突变体为材料,通过遗传和药理学的方法初步研究了WM13-24释放的挥发性化合物（Volatile compounds,VCs）促进植物根系发育的机理;通过固相微萃取气相色谱-质谱联用（Solid-phase microextraction gas chromatography-mass spectrometry,SPME-GC-MS）技术鉴定了WM13-24的挥发性化合物,并分析了它们对植物生长的影响;通过RNA-Seq分析WM13-24促进植物生长的生物学过程并进行了验证。取得如下主要结果:1.菌株WM13-24具有1-氨基环丙烷-1-羧酸脱氨酶活性和固氮酶活性,能产生吲哚类化合物和胞外多糖。平板和盆栽实验均发现WM13-24能促进拟南芥的生长,特别是其根系发育,并增加了植物对大量元素氮、磷和镁以及微量元素铁和锌的积累;接种WM13-24也能促进其宿主植物梭梭的生长并能在根系定殖。2.菌株WM13-24释放的挥发性化合物不能回补生长素信号缺陷突变体arf7arf19的侧根缺失表型,说明WM13-24促进植物根系发育与生长素途径相关;WM13-24的挥发物增强了DR5::GUS和DR5::GFP根中生长素响应,增加了侧根原基数目,抑制了PIN4:GFP的表达,诱导了PIN7:GFP的表达,表明WM13-24释放的挥发性化合物可通过促进生长素的生物合成、调控PIN4或PIN7介导的生长素极性转运增加生长素在根中的积累,从而刺激侧根的形成。3.鉴定出菌株WM13-24释放的挥发性化合物共20种,包括无机化合物2种、酯类3种、醇类5种和其他化合物10种,其中2,3-丁二醇和苯甲醇是WM13-24释放的发挥促生作用的主要挥发性化合物,两者单一或混合物均以剂量效应影响植物生长。4.通过对菌株WM13-24处理的拟南芥幼苗进行RNA-seq分析,发现与淀粉和蔗糖代谢酶、硫代葡萄糖苷生物合成、硝酸盐吸收、植物激素和防御等生物学过程相关的基因发生了转录变化,推测WM13-24通过以上过程调控植物生长。5.接种菌株WM13-24增加了拟南芥幼苗地上部和根中果糖、蔗糖、葡萄糖和淀粉的含量,显著诱导了地上部SUC2、SUC4、SWEET11和SWEET12以及根中SUC4和SWEET11基因的表达;WM13-24增强了根中蔗糖合酶活性,显著诱导了SPS1和SPS2基因的表达,说明菌株WM13-24可调控植物糖合成和转运过程。6.接种菌株WM13-24增加了拟南芥植株中硫元素和半胱氨酸含量,根中谷胱甘肽和总硫苷含量;WM13-24显著诱导了硫匮缺条件下拟南芥根中黑介子酶基因BGLU28和BGLU30以及缺硫响应基因APR2、APR3、GGCT2;1、SULTR4;2、GTR1和SDI1的表达,抑制了硫苷合成相关基因MAM1、BCAT4和CYP79F2的表达,从而增强了植物对硫匮缺的耐受性;WM13-24显著诱导了与免疫相关基因PDF1.2A、PDF1.2B、PDF1.2C和PDF1.3的表达,增加了与硫苷和植物防御相关激素茉莉酸的积累。7.不同浓度硝酸盐处理下,接种菌株WM13-24显著诱导了根中硝酸盐转运蛋白基因NRT1.1、NRT2.1、NRT2.2和NRT2.4的表达,增加了0.5 m M硝酸盐处理下根中硝态氮的含量,说明WM13-24在调控植物硝酸盐吸收过程中发挥功能。以上研究结果表明,接种菌株WM13-24能促进模式植物拟南芥和宿主植物梭梭的生长;WM13-24释放的挥发性化合物促进植物根系发育依赖于生长素途径;接种菌株WM13-24通过调控糖转运、N、S吸收、植物激素、防御及细胞壁等相关基因的变化,调控植物生长。本研究可为PGPR促生机理的深入研究提供一定的理论基础和实践经验,为我国西北荒漠地区旱生植物根际促生菌功能特性的研究奠定了工作基础。