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紫色粉砂岩是一种常见的碎屑沉积岩,有关紫色粉砂岩及其附近土壤中矿物风化细菌种群结构、矿物风化效能及其机制等研究至今未见报道。研究紫色粉砂岩表生和土壤矿物风化细菌及其生物多样性对于丰富矿物风化细菌种质资源具有重要意义,同时可以为阐明细菌-矿物相互作用及其机制提供实验依据。本文以四川盐亭紫色粉砂岩原岩、风化紫色粉砂岩及附近土壤为研究对象,采用可培养技术和Biolog生态分析系统对紫色粉砂岩与土壤中可培养细菌的群落结构、矿物风化能力及碳源利用能力进行研究;通过对两株根瘤菌风化钾长石过程的分析,阐释细菌在风化矿物过程中的生理学及生物化学机制;同时以菌株胞外多糖为切入点采用转座子插入突变及染色体步移的方法,同时结合全基因组扫描技术对高效矿物风化菌株M78风化钾长石的相关基因进行研究。通过可培养的方法从紫色粉砂岩与土壤中分离筛选到150株细菌,通过对其16S rRNA基因序列及系统发育学分析,发现该150株细菌隶属于Actinobacteria、Firmicutes、γ-Proteobacteria、α-Proteobacteria 及 Bacteriodetes 五大类群的 14 个菌属,其中以Arthrobacter、Bacillus、Pseudomonas及Ensifer为优势属;三个样品中的共有属包括Arthrobacter、Bacillus、Ensifer,原岩中的细菌隶属于4大类群的6个属,其中Leclercia为特有属,风化岩石中的细菌隶属于5大类群的12个属,其中Acinetobaacter、Streptomyces、Microbacterium、Novosphingobium、Chitinophaga 为特有属,土壤样品中的细菌隶属于4大类群的6个属,其中Enterobacter为特有属。Biolog结果表明,土壤样品中可培养细菌的活性及丰富度最高,而原岩样品最低,三个样品中的可培养细菌对于碳源的代谢类型存在较大差异,三个样品的AWCD值及H’、U、S指数均与有效态Fe、A1及土壤（岩石）有机质含量呈极显著正相关。细菌的矿物风化试验结果表明,细菌矿物风化能力土壤样品>风化岩石>原岩,土壤样品中的Arthrobacter矿物风化能力显著高于岩石样品,风化岩石中的Bacillus矿物风化能力显著高于原岩及土壤样品,本试验中的150株可培养细菌主要通过分泌铁载体、有机酸等配体络合岩石结构元素的机制风化紫色粉砂岩。对一株分离自风化紫色粉砂岩样品的高效矿物风化细菌H66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H66与Rhizobium属的Rhizobium huautlense S02T,Rhizobium alkalisoli CCBAU 01393T,Rhizobium cellulosilyticum ALA1 0B2T 等 5株菌具有较高的相似性,同源性为97.5%-98.1%,菌株H66产生的脂肪酸主要有summed feature 8（C18:1ω7c and/or C18:1ω6c）及 C16:0,G+C 摩尔百分含量为 60.3 mol%,与参比菌株DNA-DNA杂交同源性为14.3%-40.0%,根据上述各项结果,最终确定菌株H66为Rhizobium属的一个新种,并将其命名为Rhizobium yantingense sp.nov.。比较研究了一株分离自风化紫色粉砂岩样品的高效矿物风化细菌Rhizobium yantingense H66与一株矿物风化能力较弱的根瘤菌属模式菌株Rhizobium etli CFN42在不同营养条件下对于钾长石的风化能力、风化方式及生理学机制,结果表明,菌株H66对钾长石的风化速率明显强于菌株CFN42,其原因包括:菌株H66能够更强地促进钾长石中结构元素的溶出,同时具有更强的酸化培养基的能力,菌株H66的有机酸产量及种类都显著高于菌株CFN42,且菌株H66在矿物表面的吸附作用显著强于菌株CFN42。以分离自土壤样品的一株产胞外多糖的高效矿物风化细菌Ensifer adhaerens M78为供试菌株,研究了其对钾长石的风化作用及分子机制,采用转座子插入突变技术,筛选到产胞外多糖突变株M78-T3、M78-T6、M78-T10;利用红外光谱扫描对突变株的多糖结构与野生菌株进行对比分析,结果表明菌株M78-T3、M78-T6的胞外多糖在极性及官能团结构上与野生株M78有显著差异,而菌株M78-T10仅在胞外多糖产量上与野生株有显著差异;采用染色体步移对突变株插入位点进行分析,结合全基因组草图测序结果,发现菌株M78-T3和M78-T6的失活基因分别为编码控制染色体复制起始的响应调节蛋白的ctrA和编码多酚氧化酶的yfiH,突变株M78-T10被插入失活的基因为编码荚膜多糖转运酶的kpsE。推测ctrA、yfiH及kpsE三个基因通过不同方式参与到菌株M78胞外多糖的合成及运输的过程中,从而影响菌株矿物风化效能。