土壤微生物是生态系统的调节者,是土壤的重要组成部分。在岩石逐渐崩解、破碎和转化成为土壤矿物成分的长期作用过程中,微生物的风化驱动力起着举足轻重的作用。微生物可以通过生物机械作用、分泌有机酸和胞外聚合物以及氧化还原等作用方式协同促进矿物的风化。但与其相关的研究大都集中在细胞水平上的矿物生物分解作用和无机肥力的产生上,有关微生物与矿物相互作用过程中的分子调控机制研究十分缺乏。本研究从微生物的生长代谢角度,在分子生物学水平上揭示微生物风化矿物的本质规律,有助于为土壤微生物的生态应用和农业微生物生态学发展提供进一步的理论和技术支持。黑曲霉(Aspergillus niger)是重要的工业发酵用菌,生长迅速,几乎能利用所有的有机废料,其菌丝对矿物具有强烈的生物物理和生物化学作用,是岩石表生真菌中的优势菌之一。本研究应用抑制消减杂交、斑点杂交、实时荧光定量PCR、高通量测序等分子生物学技术,在分子生物学水平上研究黑曲霉对含钾矿物的风化作用机制,获得了黑曲霉分别在含有可溶性钾和存在含钾矿物培养条件下的特异表达cDNA文库。在被矿物诱导的基因表达中,大多涉及到碳循环、与RNA的结合、核糖体的结构组成以及蛋白质翻译过程,而被矿物抑制的基因表达大部分属于膜蛋白类。本文在mRNA水平上阐述了黑曲霉能通过分泌有机酸,利用碳酸和直接氧化还原矿物元素等方式协同作用,促进其对含钾矿物的风化。丰富的碳源对黑曲霉风化含钾矿物的过程能起到促进作用,黑曲霉会倾向于将更多的碳源用来给风化矿物提供能量以及促进有机酸的生成,黑曲霉对矿物的风化还在一定程度上消耗大气中的C02。真菌在风化含钾矿物的过程中生理代谢也发生相应的变化,产生更多的金属结合蛋白,减少表达了一些膜转运蛋白,有利于形成含钾矿物风化的微环境。本文将mRNA差异表达和高通量测序的分子生物学技术引入微生物风化岩石的研究中,证实了含钾矿物可以诱导真菌产生风化该矿物的相关基因表达,初步揭示了黑曲霉在风化含钾矿物中的作用和其调控机理。研究结果对研究生物地球化学循环过程中真菌和岩石的相互作用机制,以及微生物风化含钾矿物的分子作用机制提供了新的视野,为真菌在生物地球化学循环中的利用提供了理论依据。