水稻土是介于陆地生态系统和水生生态系统的中间系统，由于有氧-无氧条件的交替，导致水稻土中发生周期性的氧化还原反应。此外，水稻土淹水的特殊状况，使得土壤中各种化学元素发生迅速转变，其中，铁循环是水稻土中最重要的地球化学过程之一。铁的氧化还原过程对土壤化学、微生物和植物代谢过程有着重要的影响。研究表明，在近中性微氧条件下，嗜中性微好氧亚铁氧化菌以氧气作为电子受体将亚铁氧化成三价铁，从而获得生长所需的能量。微生物铁氧化过程的主要产物之一是无定形羟基氧化铁，这类铁氧化物既可以作为异化铁还原作用的理想底物，加速铁元素在氧化还原交界处的地质循环，也可以吸附环境中的有机物、重金属、磷酸盐及砷酸盐等，对调控其他元素（如碳、氮、锰、磷和砷）的生物地球化学循环具有重要意义。然而，由于缺乏有效的分子生物学手段，目前对该类微生物生态学的研究尚处于初级阶段。本文首先利用培养法富集水稻土中的微好氧亚铁氧化微生物群落，研究群落亚铁氧化及CO2同化能力，研究亚铁氧化耦合碳同化相关的功能基因、功能微生物及同化机制;其次，考察驯化培养过程中，不同亚铁矿物对微好氧亚铁氧化菌生物成矿类型和微生物群落组成的影响;最后，结合稳定同位素探针技术研究亚铁氧化微生物群落的变化以及参与碳同化的功能微生物。主要结论包括:　　(1)利用凝胶梯度管技术，富集培养水稻土中的微好氧亚铁氧化微生物群落，揭示了在不同铁源(FeS、FeCO3和Fe3(PO4)2)上生长的亚铁氧化微生物群落的碳同化及亚铁氧化能力、微生物群落组成与功能特征。结果显示在Fe3(PO4)2底物上生长的微生物获得了最大细胞生长量和碳同化量，而其铁氧化速率却最低，表明该底物上培养的微生物能够高效的利用能量来固定碳并提供自身生长。矿物学分析表明微生物亚铁氧化生成的主要产物为无定形铁氧化物。16S rRNA高通量测序结果表明在水稻土和富集培养的微生物群落中，优势微生物为Flavobacterium、Magnetospirillum和Dechloromonas。宏基因组学技术分析了联结亚铁氧化和碳同化的潜在化能自养微生物包括一些已报道的微好氧亚铁氧化菌(如Leptothrix和Sideroxydans)、硝酸盐还原型亚铁氧化菌(如Dechloromonas和Acidovorax)和Magnetospirillum。这些发现拓展了对参与微好氧亚铁氧化的嗜中性微生物的认识，也揭示了稻田生态系统中联结亚铁氧化和碳同化的微生物的多样性。其中，一些广泛存在于水稻土中的非微好氧亚铁氧化菌可能在微氧条件下转化为微好氧微生物参与亚铁氧化耦合碳同化过程。　　(2)以FeS、FeCO3或Fe3(PO4)2作为铁源进行连续传代培养微好氧亚铁氧化菌，考察底物，尤其底物释放的阴离子对微好氧亚铁氧化菌生物成矿类型和微生物群落组成的影响。XRD结果表明，微好氧Fe(Ⅱ)氧化过程中产生的Fe(Ⅲ)矿物类型主要为无定形铁（氢）氧化物且不受底物效应影响。高通量测序结果发现在FeS、FeCO3或Fe3(PO4)2上生长的微生物群落组成差异较大，表明亚铁氧化微生物群落的多样性与优势类别的分布受培养基中不同铁源的影响，对揭示含不同亚铁矿物的自然环境对微生物群落的选择和过滤作用具有参考意义。　　(3)结合稳定同位素探针技术和高通量测序技术研究水稻土微好氧亚铁氧化过程中的化能自养微生物。通过对比12C对照处理和13C标记处理的重密度梯度层中微生物物种组成的变化，发现参与碳同化的功能微生物为Rhodocyclaceae科的未培养菌Uncultured bacteria和Paenibacillus。其中Uncultured bacteria与水稻土中分离得到的硝酸盐还原型亚铁氧化菌相似度达100％，表明硝酸盐还原亚铁氧化菌也可以O2作为电子受体，并利用无机碳源在有氧-无氧交界面进行自养生长。铁还原菌Paenibacillus在重密度梯度层的富集，表明亚铁氧化与铁还原共同促进体系中活跃的铁-碳元素循环。