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矿物风化作用是地球表面发生的最重要的地质过程之一,是各种地貌形态和土壤形成的基础,硅酸盐矿物风化在陆地生态系统中扮演着重要的作用。微生物与矿物相互作用机制已经被学者广泛的研究及讨论,但对这些细菌风化矿物的分子作用机制研究极其薄弱,尤其是细菌铁响应调节基因在硅酸盐矿物风化过程中的作用机制还尚未见报道。本文以一株实验室保藏的产多糖和铁载体的高效矿物风化细菌Rhizobium pusense S41为研究对象,研究了菌株在不同碳源、氮源、铁离子浓度条件下风化黑云母能力,并将菌株S41所产铁载体初步分离提纯与类型检测。试验结果表明以蔗糖和葡萄糖为碳源条件下菌株S41的风化能力显著高于其他碳源试验组（13.7-65.1%）;在以（NH4）2SO4为氮源条件下虽然多糖产量略有降低,但是菌株产铁载体能力与元素溶出能力最强;培养基中额外添加了铁离子后菌株产胞外多糖量第一天显著低于野生型,同时铁载体产量显著降低（41.2-79.6%）,因此矿物元素溶出显著下降;而额外添加螯合剂后菌株S41产多糖量在第一天显著升高,产铁载体量显著升高（25.8-39.5%）,因此促进了矿物风化;利用大孔径树脂吸附法提取菌株所产铁载体并检测其铁载体类型,结果表明S41仅产生儿茶酚型铁载体。通过qRT-PCR技术分析菌株S41中铁响应调节基因fur,rirA和irr分别在添加和未添加黑云母的YN培养条件下的相对表达量,结果表明fur,rirA和irr可能参与菌株矿物风化过程。通过同源重组的方法构建fur,rirA和irr突变株,发现突变株S41 Δfur在风化黑云母过程中结构元素Si、Al、Fe的溶出、产铁载体、多糖能力以及矿物表面吸附能力与野生型无显著差异;突变株S41Δirr产铁载体能力显著低于野生型,因此Si、Al、Fe元素的溶出也显著低于野生型（Fe元素释放量下降了 11.2-46.4%,Al元素释放量下降了 6.9-16.8%,Si元素释放量下降了 4.7-13.2%）;而突变株S41ΔrirA中虽然矿物表面吸附略低于野生型,但是发酵液中铁载体和多糖产量显著增加,矿物风化能力显著增强（Fe元素溶出量显著升高了 24.1-53.2%,Al元素溶出量显著升高14.7%-52.2%,Si元素溶出显著增加18.7-48.9%）。限铁条件下,菌株S41产铁载体量显著增加、产多糖量前期显著增加、形成生物膜能力略微减弱;限铁条件下突变株S41Δirr产铁载体量显著低于野生型,而铁充足条件下突变体S41ΔrirA产铁载体量显著增加;在限铁与铁充足条件下突变株S41ΔrirA胞内铁离子浓度显著高于野生型,而突变株S41Δirr胞内铁离子浓度显著低于野生型;限铁条件下,突变株S41ΔrirA运动性显著低于野生型S41;铁充足条件下突变株S41ΔrirA产生物膜能力显著弱于野生型。qRT-PCR结果与上述表型相对应:限铁条件下,部分与儿查酚型铁载体合成有关的NRPS系统基因、涉及铁吸收转运过程基因、涉及铁硫簇合成和涉及多糖合成的基因显著上调,涉及铁储存的基因显著下调。在铁充足与限铁条件下,基因rirA直接或者间接抑制涉及儿茶酚型铁载体合成的NRPS system,irr则正调控这些基因的表达。rirA主要在铁充足条件下负调控部分涉及铁离子和铁载体运输的基因、涉及多糖合成的基因以及涉及铁利用的基因,而irr主要在限铁条件下促进这些基因的表达。与之相反,铁充足条件下rirA正调控铁储存基因的表达,限铁条件下irr则抑制铁储存基因的表达。