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凝灰岩是一种富含Al、Si和K的火山碎屑岩,凝灰岩的风化作用对于土壤的形成、肥力的维持以及地球化学元素的循环有着重要的作用。本文采集江西抚州低风化和高风化凝灰岩以及附近土壤作为研究对象,采用Illumina Miseq高通量测序技术研究凝灰岩和土壤细菌种群结构及多样性,并结合样品理化因子分析细菌种群结构与理化因子的相关性;采用BIOLOG微平板和可培养技术对凝灰岩和土壤细菌的碳源利用能力以及矿物风化能力进行研究;同时采用基因组学和转录组学相结合的方法对高效矿物风化细菌Rhizobium sp.S41风化钾长石的机制进行了研究。高通量测序表明,土壤样品的OTU(Operational Taxonomic Units)数目(1097)明显高于高风化(801)和低风化岩石样品(733);系统发育分析表明,低风化和高风化凝灰岩样品以及土壤样品分别包含24、26和30个菌门,其中Acidobacteria、Actinobacteria、Proteobacteria和Chloroflexi为优势种群,占所有种群的77.3%;Candidate_division_OP11、Candidate_division_WS6、SHA-109和Spirochaetae是土壤样品中特有的菌门。对样品地质理化因子与细菌种群之间的相关性进行了分析,结果表明样品pH、有效态Fe、Si和Mg的含量与细菌种群之间存在相关性。有效Si与Candidate_division_WS3有最高的正相关性(R=0.95,P<0.05),与Cyanobacteria有最高的负相关性(R=-0.93,P<0.05);有效Mg与Euryarchaeota有最高的正相关性(R=0.97，P<0.05),仅与Cyanobacteria有负相关性(R=-0.85,P<0.05);优势种群Acidobacteria与有效Si和Mg的含量显著正相关(相关系数分别为0.90和0.93，P<0.05)。BIOLOG ECO微平板研究表明,土壤样品微生物丰富度、多样性指数、McIntosh指数均明显大于凝灰岩样品。从凝灰岩和土壤样品中共分离得到150株细菌,岩石风化试验表明,所有菌株均能够风化凝灰岩并释放出其中的Fe、Si、Al元素;16S rRNA基因序列分析表明供试岩石风化细菌隶属于Actinobacteria、γ-Proteobacteria、Firmicutes、α-Proteobacteria和β-Proteobacteria 5大类群的20个菌属;其中凝灰岩样品中以Bacillus为优势菌属,土壤样品中以Arthrobacter为优势菌属；Bacillus、Proteus、Enterobacter、Microbacterium、Moraxella、Arthrobacter以及Acinetobacter对凝灰岩有较强的风化能力。对一株具有高效风化能力的Bacillus sp.G19菌株进行了生理生化特征分析及分子遗传学鉴定,结果表明菌株G19与同属的Bacillus megaterium IAM13418T和Bacillusayabhattai B8W221的16S rRNA基因序列同源相似性分别为97.1%和97.4%;该菌的脂肪酸主要包括iso-C14:0(6.6%)、iso-C15:0(40.6%)和anteiso-C15:0(40.8%);含有磷脂酰甘油、磷脂酰乙醇胺、双磷脂酰甘油和未分类脂类;以MK-7为主要的呼吸醌;DNA G+C mol%含量为36.65%;与Bacillus megaterium IAM13418T和Bacillusaryabhattai B8W22T的DNA-DNA同源性分别为49.4%和55.0%。综上所述,提议菌株G19为Bacillus属的一个新种,命名为Bacillus qingshengii sp.nov.。筛选到一株高效风化细菌Rhizobiurri sp.S41,研究了该菌株在钾长石和黑云母表面的吸附效应对其风化矿物能力的影响;同时对菌株S41进行基因组测序,确定了与菌株S41吸附能力相关的3个基因polS、cpaC、fliF,采用同源重组技术构建了单敲除、双敲除和三敲除的突变株,分析了不同突变菌株的吸附能力和矿物风化能力,发现同时敲除polS、cpaC、fliF的突变株S41-07在矿物表面的吸附能力和风化矿物能力明显减低;通过转录组测序技术比较了野生型与polS、cpaC、fliF突变株S41-07在风化钾长石过程中基因表达差异,结果表明,在35 min时野生型与突变株S41-07相比有1189个基因差异表达,其中586个基因表达上调,603个基因表达下调;在7h时仅有361个差异表达的基因,其中158个基因表达量上调,203个基因表达量下调。通过基因功能注释发现与过氧化物酶、锰转运蛋白和砷酸盐还原酶有关的编码基因在35 min和7 h表达量均显著上调。通过对转录组与基因组数据比较分析预测了15个可能的新基因。