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趋磁细菌能在细胞内合成有生物膜包被的、纳米尺寸、单磁畴的磁铁矿(Fe3O4)或胶黄铁矿(Fe3S4)晶体颗粒,也叫磁小体。它是迄今发现的唯一能利用地磁场定向的原核微生物,是研究微生物控制矿化和微生物-矿物相互作用的理想模式生物。研究发现,趋磁细菌在全球范围内均有分布并且多样性丰富。从形貌上讲,趋磁细菌具有球菌、杆菌、弧菌、螺旋菌以及多细胞等形态;从系统进化上讲,迄今为止发现的趋磁细菌分属于细菌域中的四个门类:变形菌门,硝化螺旋菌门,Omnitrophica门(暂定分类单元OP3)和Latescibacteria门(暂定分类单元WS3)。其中变形菌门趋磁细菌则主要分布在α-变形菌纲、δ-变形菌纲、γ-变形菌纲三个纲。透射电镜研究发现,不同趋磁细菌合成的磁小体形貌、尺寸和链组装模式等多不相同,这也暗示了趋磁细菌的生物矿化可能具有多样性。为了能够在电子显微镜下对复杂的环境样品中与矿物相互作用的特定细菌进行观察研究,本论文建立了一种荧光显微镜和电子显微镜联用的方法,实现了在单细胞水平上,对荧光显微镜鉴定后的细菌对应在电子显微镜下进行精准观测。研究前期选用了生物矿化研究的模式菌株AMB-1以及E.coli两个纯培养的菌株作为实验材料,针对趋磁细菌AMB-1设计了特异性的寡核苷酸链探针,使用荧光原位杂交技术(FISH)对含有大肠杆菌和AMB-1的混菌进行改进性实验操作,使大肠杆菌和AMB-1在荧光显微镜下被特定的荧光标记定位后,在SEM或TEM下能够对应找到特定的AMB-1并对其进行更精细的形貌和磁小体结构观测,初步实现对同一个细菌在单细胞水平上的种类鉴定(系统发育)和在纳米尺度上的生物矿化(细胞和矿物形貌结构等)的精准研究。运用这一方法,本研究从中国东部秦皇岛市石河入海口采集的半咸水沉积物中鉴定了一种γ-变形菌纲的趋磁杆菌和一种α-变形菌纲的趋磁球菌,分别命名为SHHR-1和SHHC-1。并使用透射电镜对鉴别的两种细菌的形貌特征、晶体类型以及元素分布等基础信息进行了表征。最后借助种群特异性探针对具有丰富多样性的北京密云水库样品使用FISH-SEM研究分析发现,该方法能够快速的对样品中的趋磁细菌的系统发育有一定了解,并且能发现一些新型的趋磁细菌,不过可用的种群特异探针的种群覆盖范围和特异性比较有限,需要在单细胞尺度对未培养趋磁细菌进行更多的相关荧光和电镜研究,以便更全面地了解趋磁细菌系统内以及其它单细胞生物内生物矿化的多样性、机制和演化过程。