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磷肥在石灰性土壤中被固定为钙、镁磷酸盐(Ca-P、Mg-P),在酸性土壤中被固定为铝、铁磷酸盐(Al-P、Fe-P),植物利用率不足20%。磷肥长期过度使用造成磷矿资源日趋枯竭和面源污染。磷肥面源污染和生产生活各种含磷污水排放导致水体富营养化和藻华。溶磷菌和聚磷菌分别在活化土壤固定态磷和去除水体磷酸盐方面具有重要应用价值。目前报道的大多数溶磷菌不能溶解Mg-P、Al-P、Fe-P和磷矿粉(RP)或对其溶解能力很低,不同难溶磷酸盐的微生物溶解机理及差异也不清楚。同时目前报道的纯培养典型聚磷菌非常少,对其聚磷特征和代谢调控机理的研究尚很缺乏。本课题分离筛选到1株能够高效溶解多种难溶磷酸盐的菌株An2和1株典型聚磷菌株PA019,研究了An2的溶磷特性、机理以及PA019的聚磷特征、代谢调控机理,以期为磷肥高效利用和水体富营养化防治提供理论依据和技术支持。菌株An2分离自大白菜根际土壤,经鉴定为黑曲霉(Aspergillus niger)。在最适磷酸盐浓度和培养时间,An2分别从Ca-P、Mg-P、Al-P, Fe-P和RP释放出高达1722、2066、2356、215和179mg L-1的磷。HPLC分析表明,An2主要通过分泌草酸溶解Ca-P、Mg-P、Al-P和Fe-P,而主要通过分泌酒石酸溶解RP。An2在高效溶磷的过程中适应低浓度的多种碳、氮源,耐盐、耐酸碱和耐受金属离子。而且An2能够产生植物生长激素IAA和抑制镰孢菌属(Fusarium)植物病原菌。土壤固定态磷活化效果验证表明,An2能够有效释放石灰性土壤、盐碱土壤和酸性土壤中的磷。因此,An2是一株环境适应性强的多功能高效溶磷菌株,具有开发和应用价值。菌株PAO19分离自玉米根际土壤,经鉴定为烟草节杆菌(Arthrobacter nicotianae)。在合成污水培养基中培养12h,PAO19细胞干重磷含量高达5.2%,聚磷量为7mg L-1磷。序列分析显示,PAO19在PPK1基因及其蛋白方面均与阿氏节杆菌(A.arilaitensis) Re117最相似。环境因子效应研究表明,磷浓度、温度和盐度是影响PAO19聚磷能力的关键因素。基因组测序分析显示,PA019基因组大小为3.64Mb, GC含量为59.5%,包括3451个ORF,其中的2336个在KEGG数据库获得注释,分析发现PA019拥有PhoR-PhoB和SenX3-RegX3两套磷限制双组分调节系统。以高磷常温(10mg L-1磷,30℃)有利聚磷条件为对照,采用转录组测序(RNA-seq)技术分别研究了低磷(2mg L-1磷,30℃)和高温(10mgL-1磷,37℃)不利聚磷条件下PAO19的聚磷代谢基因表达调控模式。低磷时,PhoR-PhoB和SenX3-RegX3处于活化状态,其核心组分碱性磷酸酶PhoA和PhoD表达显著上调,响应低磷胁迫；同时磷转运蛋白PstSCAB表达显著上调,利于磷转运。高温时,PhoR-PhoB和SenX3-RegX3处于抑制状态,PhoA和PhoD表达水平非常低,响应高磷环境；同时PstSCAB的表达显著下调,不利于磷转运。低磷和高温两种条件下,胞内的磷都处于限制状态,导致ATP和polyP缺乏,其合成酶类F型ATPase、PPK1和PPGK表达上调而其降解酶类PPX和PPK2表达下调,进行正反馈代谢调节。两种条件下,糖酵解、TCA循环和氧化磷酸化等产能代谢途径中的大部分酶类表达显著上调,进行ATP产生正反馈调节。同时,磷酸戊糖途径、DNA复制、转录和蛋白合成相关大部分酶和蛋白表达显著上调,表明有限的磷源优先满足菌体生长。本研究初步阐明了磷浓度和温度对菌株PAO19聚磷代谢的调控机理。