微生物在自然界无处不在,而且其参与并承担着重要的生态功能,从碳、氮循环,到矿物形成和风化,无一不与微生物相关。但是,目前,自然界约99%的微生物因有限的培养基和特异的生长条件而尚未被培养,因此如何准确描述和定量自然环境中的微生物群落及其同环境因素之间的关系,是环境微生物生态学的重要研究课题之本研究主要以功能基因芯片(GeoChip)在环境微生物群落分析中应用为研究主线,分别从环境样品DNA的提取与纯化和GeoChip在两种典型环境微生物群落分析中的应用为支线,对GeoChip在环境微生物群落分析中的应用展开了一系列的具体研究与探讨。除了GeoChip技术,本研究还采用了其他诸如克隆文库、BIOLOG. PLFA和土壤呼吸仪等技术手段作为辅助手段,对研究对象进行了全面的分析与研究。本研究的主要结果如下：第一,经过136个土壤样品的纯化测试表明,本研究改进后的低融点胶纯化环境样品DNA的方法,可以从各种污染程度的环境样品中获得高质量、大片段(>23 kb)的DNA,且均能够用于全基因组放大、标记和杂交；第二,来自三座铜矿山的酸性矿坑水(acid mine drainage, AMD)中的微生物群落结构相对较简单,且不同AMD样品中微生物群落结构差异较大,其中的微生物主要由α-,β-和y-Proteobacteria, Acidobacteria, Actinobacteria, Cyano-bacteria, Firmicutes, Proteobacteria, Planctomycetes, Bacteriodetes和Nitrospirae组成；虽然GeoChip2.0芯片从AMD生态系统中检测到较少的功能基因,但检测到的功能基因几乎涉及到所有的基本生物地球化学循环过程,而且,多元统计分析表明,AMD中的微生物群落组成主要受周围环境地化参量的影响；第三,GeoChip检测到气候变暖的加温效应导致地表微生物群落功能基因的丰度增加,土壤微生物的群落结构受到了显著的影响,而采割处理(用来模仿收获地表植被生物量,并用于生物能源)增强了加温处理导致的温度增加作用,但降低了微生物群落的分散度(结构,多样性,丰度)和功能基因(碳,氮,磷,硫循环基因)的丰度,差异分解分析表明,除土壤温度以外,土壤和植物变量可以解释79.4%的总变异,表明土壤温度升高通过影响土壤和植物变量而影响土壤中微生物群落结构的。总而言之,通过GeoChip对两种典型环境(极端酸性水环境和气候变暖下的土壤环境)中微生物的群落结构的研究,我们认为,GeoChip作为一种宏基因组学研究技术,其为环境微生物,尤其是在环境微生物功能基因组学方面的研究,提供了一个强有力的工具,它能够在功能基因水平上研究环境微生物群落结构和功能基因的变化,进而推断环境中可能存在或变化的生态功能,并且,通过多元统计分析环境参量同基因芯片数据的相互关系,可以使我们更好的认识环境微生物同环境参量的相互作用关系。该技术加深了人们对环境微生物功能变化及其与环境参量之间相互关系的认识。