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松嫩平原是世界三大苏打盐碱土地区之一，其土壤中高CO32-/HCO3-含量和pH值胁迫以及低氮营养胁迫使得植物难以生存，进而形成独特的碱斑形态。然而，本研究观察到在碱斑裸地上可以按照碱蓬→碱茅→羊草的顺序逐渐恢复植被群落，而植被根际微生物多样的代谢功能可能正是减轻上述苏打盐碱土多种胁迫作用的关键因素。因此，本研究以位于松嫩平原盐碱地长期试验基地的裸地碱斑土壤、恢复的碱蓬、碱茅和羊草根际土壤为对象，基于宏基因组测序技术进行根际微生物多样性和功能性的解析，锁定不同种类恢复植被根际微生物的特异性类群，和关键代谢过程酶基因，并结合相应的理化性质和关键酶注释基因数量，预测其在帮助恢复植被应对多种突出胁迫的作用。同时，基于全基因组测序技术解析分离得到的具有好氧硝酸盐异化还原能力微生物菌株的功能特征。主要研究结果如下：
（1）供试苏打盐碱土的碱斑土壤呈现高达10.51的pH值，241.2mg/kg的CO32-和244.61mg/kg的HCO3-浓度，以及分别低至3.46和3.85mg/kg的NO3-和NH4+含量，结果表明供试土壤存在对植被显著的pH、CO32-/HCO3-、低氮营养等胁迫。随着自然植被从碱斑土壤→碱蓬→碱茅→羊草的逐级取代恢复过程，其根际土壤中的pH值和CO32-/HCO3-浓度均显著地逐渐下降（P＜0.05），且碱蓬→碱茅这一过程pH值和CO32-/HCO3-浓度下降最高，而氮素在各植被根际中均保持较低水平。
（2）基于宏基因组测序结果中的物种注释，Bray-Curtis距离的聚类分析和主成分分析，结果显示与羊草根际微生物群落结构相比，碱蓬和碱茅根际微生物群落结构与碱斑土壤更为相似。基于LEfSe差异性分析，比较并锁定了不同种类恢复植被较碱斑土壤出现的特异性微生物类群。其中，碱蓬根际较碱斑土壤的显著特异性微生物类群为Group A（unclassified_Acidobacteria、Rhodobacteraceae、unclassified_Deltaproteobacteria），碱茅较碱斑土壤的显著特异性微生物类群为Group A和Group B（Luteitalea、unclassified Betaproteobacteria、unclassified Cyanobacteria），羊草较碱斑土壤的显著特异性微生物类群为Group A,Group B和Group C（Pyrinomonas、Candidatus Solibacter、Nitrospira、Bradyrhizobium、Devosia、Mesorhizobium、Woeseia、Anaeromyxobacter、Desulfuromonas、Sphingomonas、Bauldia）。这种相互重合且逐级增加物种的微生物群落演替方式验证了供试盐碱土植被恢复是按照碱蓬→碱茅→羊草的顺序进行的。同时比较并锁定了新恢复植被较前一级植被根际出现的特异性微生物类群。碱茅较碱蓬土壤显著特异性微生物类群为unclassified Cyanobacteria和unclassified Betaproteobacteria，羊草较碱茅土壤显著特异性微生物类群为Pyrinomonas、Candidatus Solibacter、Nitrospira、Bradyrhizobium、Devosia、Mesorhizobium、Sphingomonas、Anaeromyxobacter、Desulfuromona和unclassified Betaproteobacteria。
（3）基于KEGG、eggNOG和CAZy数据库level1层级的根际微生物功能多样性和丰度的降维分析（PCA、PCoA和NMDS），结果表明羊草根际微生物较其余三个样品中微生物功能多样性和丰度均明显增加，可能比其余样品具有更强的碳水化合物代谢、生命活动和繁殖等潜力。基于KEGG注释结果统计固碳代谢和氮素循环代谢的关键作用酶基因数量，并结合多样性的注释结果，表明羊草根际土壤Deltaproteobacteria中特异的Desulfuromonas菌属和unclassified Cyanobacteria可能分别主导了碳固定途径中的还原性乙酰辅酶A通路（WL通路）和还原戊糖磷酸循环（Calvin循环）通路，为减轻高pH和CO32-/HCO3-胁迫做出了贡献。Mesorhizobium，Bradyrhizobium和Devosia等植物根际促生菌类群，可能通过固氮作用来缓解根际低氮素营养胁迫。同时，碱茅根际具有最多的、源于未知自微生物类群的碳固定作用中3-HP/4-HB循环、rTCA循环和DC/4-HB循环，以及氮素循环中反硝化作用的关键酶基因注释数量，表明这些自养微生物类群在帮助植物应对高CO32-/HCO3-胁迫和低氮素营养胁迫过程中发挥着重要的作用。
（4）于碱蓬根际中分离获得可以好氧异化还原硝酸盐的嗜盐古菌9株和细菌2株。培养实验和全基因组测表明古菌代表菌株Halomicrobium sp.JP60具有在好氧的条件下将硝酸盐还原为N2O的截短反硝化能力。框架图测序结果表明两株细菌HAJP-30和NAJP-14均具有完整的DNRA代谢路径，基于ANI和DDH分析发现分别属于Phytoactinopolyspora和Pelagibacterium属的新种分类单元。由于未发现3株菌具有特殊的、有别于典型反硝化或DNRA作用的功能基因，本文认为碱蓬根系定殖浅、东北苏打盐碱土干旱少雨、蒸发量大等外界因素驯化了这些菌株的好氧硝酸盐异化还原能力。该结果为苏打盐碱土氮素胁迫的减轻和好氧硝酸盐的去除等方面提供了有价值的参考。
（1）供试苏打盐碱土的碱斑土壤呈现高达10.51的pH值，241.2mg/kg的CO32-和244.61mg/kg的HCO3-浓度，以及分别低至3.46和3.85mg/kg的NO3-和NH4+含量，结果表明供试土壤存在对植被显著的pH、CO32-/HCO3-、低氮营养等胁迫。随着自然植被从碱斑土壤→碱蓬→碱茅→羊草的逐级取代恢复过程，其根际土壤中的pH值和CO32-/HCO3-浓度均显著地逐渐下降（P＜0.05），且碱蓬→碱茅这一过程pH值和CO32-/HCO3-浓度下降最高，而氮素在各植被根际中均保持较低水平。
（2）基于宏基因组测序结果中的物种注释，Bray-Curtis距离的聚类分析和主成分分析，结果显示与羊草根际微生物群落结构相比，碱蓬和碱茅根际微生物群落结构与碱斑土壤更为相似。基于LEfSe差异性分析，比较并锁定了不同种类恢复植被较碱斑土壤出现的特异性微生物类群。其中，碱蓬根际较碱斑土壤的显著特异性微生物类群为Group A（unclassified_Acidobacteria、Rhodobacteraceae、unclassified_Deltaproteobacteria），碱茅较碱斑土壤的显著特异性微生物类群为Group A和Group B（Luteitalea、unclassified Betaproteobacteria、unclassified Cyanobacteria），羊草较碱斑土壤的显著特异性微生物类群为Group A,Group B和Group C（Pyrinomonas、Candidatus Solibacter、Nitrospira、Bradyrhizobium、Devosia、Mesorhizobium、Woeseia、Anaeromyxobacter、Desulfuromonas、Sphingomonas、Bauldia）。这种相互重合且逐级增加物种的微生物群落演替方式验证了供试盐碱土植被恢复是按照碱蓬→碱茅→羊草的顺序进行的。同时比较并锁定了新恢复植被较前一级植被根际出现的特异性微生物类群。碱茅较碱蓬土壤显著特异性微生物类群为unclassified Cyanobacteria和unclassified Betaproteobacteria，羊草较碱茅土壤显著特异性微生物类群为Pyrinomonas、Candidatus Solibacter、Nitrospira、Bradyrhizobium、Devosia、Mesorhizobium、Sphingomonas、Anaeromyxobacter、Desulfuromona和unclassified Betaproteobacteria。
（3）基于KEGG、eggNOG和CAZy数据库level1层级的根际微生物功能多样性和丰度的降维分析（PCA、PCoA和NMDS），结果表明羊草根际微生物较其余三个样品中微生物功能多样性和丰度均明显增加，可能比其余样品具有更强的碳水化合物代谢、生命活动和繁殖等潜力。基于KEGG注释结果统计固碳代谢和氮素循环代谢的关键作用酶基因数量，并结合多样性的注释结果，表明羊草根际土壤Deltaproteobacteria中特异的Desulfuromonas菌属和unclassified Cyanobacteria可能分别主导了碳固定途径中的还原性乙酰辅酶A通路（WL通路）和还原戊糖磷酸循环（Calvin循环）通路，为减轻高pH和CO32-/HCO3-胁迫做出了贡献。Mesorhizobium，Bradyrhizobium和Devosia等植物根际促生菌类群，可能通过固氮作用来缓解根际低氮素营养胁迫。同时，碱茅根际具有最多的、源于未知自微生物类群的碳固定作用中3-HP/4-HB循环、rTCA循环和DC/4-HB循环，以及氮素循环中反硝化作用的关键酶基因注释数量，表明这些自养微生物类群在帮助植物应对高CO32-/HCO3-胁迫和低氮素营养胁迫过程中发挥着重要的作用。
（4）于碱蓬根际中分离获得可以好氧异化还原硝酸盐的嗜盐古菌9株和细菌2株。培养实验和全基因组测表明古菌代表菌株Halomicrobium sp.JP60具有在好氧的条件下将硝酸盐还原为N2O的截短反硝化能力。框架图测序结果表明两株细菌HAJP-30和NAJP-14均具有完整的DNRA代谢路径，基于ANI和DDH分析发现分别属于Phytoactinopolyspora和Pelagibacterium属的新种分类单元。由于未发现3株菌具有特殊的、有别于典型反硝化或DNRA作用的功能基因，本文认为碱蓬根系定殖浅、东北苏打盐碱土干旱少雨、蒸发量大等外界因素驯化了这些菌株的好氧硝酸盐异化还原能力。该结果为苏打盐碱土氮素胁迫的减轻和好氧硝酸盐的去除等方面提供了有价值的参考。