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摘要：土壤中存在丰富的微生物资源,不同的土壤系统具有不同的微生物群落。土壤微生物是整个陆地生态系统物质循环、能量流动的推动者,在维持生态系统功能和调控生物地球化学过程有着极其重要的作用,因此,认识微生物多样性及其空间分布格局及形成机制具有十分重要的理论和实际意义。随着分子生物学技术的发展,越来越多的研究者开始关注微生物的多样性等相关研究。神农架自然保护区位于湖北省西北部,处于中国亚热带和热带地区的过渡区域,是华中屋脊。神农架高山具有独特的气候林型、地形地貌,肥沃的棕壤以及浓密的植物群落,复杂的生态环境孕育着各种各样植被类型。本研究沿海拔1000m到2800m,分别选择了5种典型的植被类型,亚高山灌丛(GM),亚高山暗针叶林(LS),针阔混交林(HJ),落叶阔叶林(JH, LK)和常绿阔叶林(JC),应用微生物功能基因芯片和16S rRNA宏基因组测序等方法,研究了神农架自然保护区土壤微生物的多样性,海拔分布格局和形成机制,以及森林演替对土壤微生物多样性和功能的影响。主要结果如下：(1)利用常规的植物多样性调查方法,对不同植被类型进行了植物多样性调查及其环境影响研究。结果表明植物群落的物种丰富度、区系分化度、Shannon多样性指数和E.Pielou均匀度指数随海拔高度增加均呈单峰分布格局；DCA显示了植被分布以海拔梯度因子为主要的影响因素；CCA分析表明,土壤因子和地形因子总体上可以对50.35%的植物多样性变异格局进行解释,其中土壤温度、土壤有机碳、土壤全氮和土壤pH值是影响植物多样性分布格局的主要因素。(2)利用16s rRNA焦磷酸测序技术研究了土壤微生物多样性的海拔分布格局及其形成机制。研究共检测出24695个OTU,可以分属于1个已知古细菌门,18个已知细菌门和1个未知的类群。Shannon-Wiever指数分析表明,微生物和植物多样性均随海拔高度的增加而逐渐减小(P<0.001),呈明显的单峰递减。Beta多样性分析(Jaccard和Bray指数)表明,微生物群落组成的相似性随海拔距离的增加而逐渐减小(P<0.001)。VPA分析土壤化学因子、土壤温度和植物多样性这三类因素能够解释微生物群落结构的变化48.31%的贡献量,而植物多样性和土壤pH与土壤微生物多样性显著相关(P<0.001)。(3)利用16S rRNA测序和微生物功能基因芯片,研究了两种不同森林演替阶段的落叶阔叶林JH和LK(分别为成熟林和中等成熟林)分析了土壤微生物群落结构的演替和碳氮循环功能微生物的代谢活性差异。16S rRNA宏基因组测序数据分析表明土壤微生物群落结构的有显著差异性,并且随着演替时间的变化,不同门类的变化是不同的。土壤中丰富度最高的是酸杆菌门(Acidobacteria)、疣微菌门(Verrucomicrobia)和浮霉菌门(Planctomycetes),且随着森林演替时间的增加而显著增加(P<0.05)。GeoChip数据分析在参与碳氮循环的功能基因中,LK的数目高于JH。Mantel检验发现土壤有机碳与碳循环的基因显著相关(P<0.05)。VPA分析土壤化学因子,土壤温度和植物多样性能够对微生物群落结构的变异规律有81.58%的解释量。