铁元素是地壳中第四丰富的活性金属元素,其不断的氧化还原循环过程是联系其他元素地球化学循环过程的重要纽带。铁循环包含亚铁氧化和三价铁还原过程。在厌氧条件下,亚铁氧化过程不是由化学过程引发的,而是由微生物所诱导的生物-化学变化。尤其是其中的硝酸盐依赖亚铁氧化微生物,能够在中性厌氧环境中耦合铁循环和氮循环。这些类型的微生物如何影响其生境中的铁循环耦合硝酸盐还原的过程是国际上研究生物地球化学的人的一个感兴趣的问题。本文以亚铁氧化为核心,主要研究水稻土硝酸盐依赖亚铁氧化过程功能。首先选取不同母质发育的水稻土通过反复添加亚铁和硝酸盐进行富集驯化,探讨微生物作用的亚铁氧化耦合硝酸盐还原机制的关键菌群。另外,通过从水稻土中分离得到具有亚铁氧化耦合硝酸盐还原功能的纯细菌,直接研究纯菌硝酸盐依赖亚铁氧化的动力学过程和成矿过程,从而揭示水稻土中微生物介导的Fe-N循环过程的一个关键机制。论文得出的主要结论有以下内容:(1)三种不同发育(花岗岩发育,石灰岩发育和沉积物发育)的水稻土的微生物驱动的Fe(II)氧化耦合NO3-还原过程,在缺乏NO3-的情况下Fe(II)无法自发氧化。不同母质发育的水稻土的Fe(II)氧化趋势十分相似。花岗岩发育的水稻土的微生物趋向于生成无定形矿,沉积物发育水稻土的微生物趋向于生成针铁矿,石灰盐发育的水稻土的微生物趋向于生成纤铁矿和针铁矿。利用高通量技术对三种水稻土经过Soil+Fe(II)+NO3-驯化后的微生物群落进行分析,表明在门的水平上,Proteobacteria会成为三类母质发育水稻土的优势菌群。在属的水平上,花岗岩发育的水稻土经过驯化后以Geothrix,Zoogloea和Azospira为主。石灰岩发育和沉积物发育的水稻土以Rhodocyclus,Dechloromonas和Pseudomonas为主。(2)从水稻土分离纯化了一株具有亚铁氧化耦合硝酸盐还原的新菌Rhodocyclaceae sp.Paddy-1。结果表明,该菌株对Fe(II)的氧化是NO3-依赖的,只能生成无定形的矿物而无法生成高结晶的矿物。Fe(II)的加入会降低菌株对NO3-的还原速率。对菌株全基因组序列进行分析,我们发现菌株内部存在细胞色素c1,c2,c553和c556等关键基因,这些基因和已经报道的Fe(II)氧化关键基因cyc1,cyc A-2,cyc A-1的序列十分接近。另外,菌株内部存在完整的硝酸盐还原基因链。根据这些信息我们构建了菌株Paddy-1亚铁氧化耦合硝酸盐还原的代谢通路。以上信息可以为我们更深入理解稻田Fe-N的相互作用机制。(3)从水稻土分离纯化了一株贪铜菌属的细菌Cupriavidus metallidurans Paddy-2,在中性厌氧条件下,该菌株6天内可以还原97.7%的NO3-(初始浓度10 m M)和89.7%的Fe(II)(初始浓度5 m M)。对生物成矿进行XRD,SEM-EDS,TEM等表征,结果表明生成的矿物主要是无定形矿。对该菌株65553447 bp的全基因组序列构建Fe(II)氧化耦合NO3-还原的代谢通路,我们从分子生物学角度上解释该菌株的Fe(II)成矿机制,为稻田中性厌氧环境下硝酸盐对微生物的成矿效应提供支持。