生物固氮是陆地生态系统中氮素输入的主要途径之一，固氮微生物菌剂的应用是一种高效的环境友好型 氮物质能量循环调控方法。 自然界中拥有丰富的叶际资源 ，叶际存在的大量细菌、真菌等微生物，不仅直接影响着 植物的生长和健康而且深度参与生态系统氮循环。因此，研究典型植物叶际微生物，尤其是其中的固氮微生物及其固氮机制，对生物固氮资源利用具有重要意义。

    本文围绕叶际微生物群落及其固氮过程开展研究，选取九种典型植物，系统
研究了其叶际微生物群落结构分布特征、驱动因子、非培养与可培养固氮菌多样
性，并成功分离出叶际可培养固氮菌， 研究了 其 固氮和 拮抗的分子生物学机制，为后续生物菌剂开发提供了丰富的纯菌资源和重要的理论参考。
     为了探究叶际微生物分布特征，本文选取测定了热带和温带地区不同类型植
物的叶际微生物群落。研究表明， 不同类型植 物的叶际微生物群落 的 丰度、多样性 及组成 等 都 有显著 性差异； 共有 细菌、真菌和固氮菌 种类的比例较小，但相对丰度较高， 不同类型植物叶际 均有自己独特的 微生物组成 。 这为植物 养护 和病害预防 提供 了 一定的理论基础。
    叶际和根际是植物的两个 重要组成 部分 ，探究叶际与根际微生物多样性、相
互作用关系及影响因素具有重要意义，本文对三种 典型 植物叶际与根际微生物 开展了研究。 研究 结果 表明 不同植物 叶际 微生物群落结构 存在 显著性差异 ，而 根际微生物群落结构 差异 没有显著性 叶际 细菌和真菌的 α多样性 低 于其 根际样品但 不同植物 叶际 与根际 固氮 菌 α多样性差 异 具有特异性 因此推测 植物类型 对叶际微生物群落结构 有显著 影响，而土壤 理化 性质 较 植物类型对 根际 微生物群落结构的影响 更大 。 相关性网络分析发现 叶际或根际独有的细菌或 真菌 群落内部几乎无竞争 作用 ，独有的细菌和真菌群落之间可能存在竞争作用 叶际和根际之间约有 10％％~27％的细菌（包括固氮菌 和真菌 重叠 ，这些 共 有细菌或真菌群落内部 存在 着包括竞争和共生在内的较为 复杂的相互作用 ；特别地 细菌Sphingomonas、 Actinomycetospora和 Nocardioides，真菌 Cladosporium、 Aspergillus和 Periglandula和固氮菌 Azospirillum是 三种植物叶际和根际 的共有微生物 。 这为在叶际和根际施用微生物菌剂 来 调控植物生长 提供 了 一定的理论参考。

    叶际是一个相对 土壤等环境 更为严苛 的微生物栖息地 ，为了探究叶际微生物群落的主要影响因素，本文测定了不同生长季节和生长 地点的三种类型植物叶际微生物群落。结果表明， 叶际细菌和真菌群落 的 主要驱动力是季节变化，其次是宿主植物 类型 ，而距离较短的 生长 地点 差异对 其 影响最小。三种植物 5月份 与10月份 叶际样品相比：细菌和真菌 丰度明显 降低 但 功能性微生物固氮菌和氨氧化细菌丰度显著提高 ；细菌 对 碳水化合物 、 核苷酸 、 氨基酸 及 异源 物质 的 代谢或 降解能力 显著增强， 细菌群落之间 显著 性相关 关系 更为复杂，且负相关关系增强 白皮松和圆柏 的 叶际 真菌群落之间 相关关系无明显变化，但 银杏 叶际真菌群落 之间 的 显著 性相关 关系 变得 复杂 负相关关系增强。这表明，落叶乔木和常绿乔木的叶际细菌微生物，特别是功能性细菌微生物， 均受到季节变化的影响，其与叶片相关的有益作用 在 5月份 更强；而相对于 常绿 乔木， 落叶乔木真菌群落 更容易受季节变化 的影响。

    探究叶际微生物的固氮分子生物学机制是叶际固氮菌剂开发的重要基础，本
文 结合高通量测序技术与传统纯培养方法， 对白皮松、圆柏和大叶黄杨叶际可培
养与非培养固氮菌开展了研究。 研究 发现，三种植物叶际 固氮菌资源丰富， 但 可培养和非培养固氮菌 组成差异较大 ；分离 得到 90株纯菌， 乙炔还原法和 15N同位素吸收法 显示 其中的 菌株 P. polymyxa Y9和 P. mucilaginosus D22具 有 较强 固氮能力， 却无法通过 PCR扩增得到 nifH基因片段 ，且 全基因组测序 也未在 菌株 P. polymyxa Y9中发现已报道的包含 nifH基因在内的全套编码固氮酶基因簇，因此推测 可能存在未验证的固氮功能基因簇 。此外，菌株 P. polymyxa Y9的 基因组 中存在 大量抗生 素 化合物 合成 酶 与 多糖降解酶 基因和 一定的 植物生长素 IAA生物合成 中间物质 合成酶 和 生长素外排载体 基因，具备 开发农用微生物菌剂 产品 的潜力。