荒漠化是人类面临的重大环境问题,严重影响着人类的生活和生产。生物土壤结皮(Biological soil crusts,BSCs)广泛存在于荒漠地区,在荒漠化生态系统遏制荒漠化、植被恢复的初始过程中作用关键。因蓝藻具有固碳、固氮、产胞外多糖等促进BSCs形成和发育的功能,一直以来被认为是BSCs形成的先锋物种。而好氧不产氧光营养细菌(Aerobic anoxygenicphototrophic bacteria,AAnPB)具有与蓝藻类似或相同的功能特征,可能对BSCs的形成和发育有重要贡献。但是,目前还鲜有BSCs中有关AAnPB的研究报道。本论文以内蒙古东、西部主要荒漠为研究对象,利用传统分离培养和高通量测序等技术手段、结合生物信息学分析和微宇宙模拟实验,首先对荒漠地区BSCs中的细菌和AAnPB的丰度、群落结构和组成及影响其群落结构的影响因子进行了研究,之后预测并验证了 AAnPB对BSCs形成和发育的影响;最后对AAnPB菌株B3的进行了多组学分析。主要结果如下:1.BSCs中细菌和AAnPB的丰度、群落结构和多样性及环境影响因子BSCs层细菌16S rDNA拷贝数每克上壤中含108个以上,AAnPB可占到总细菌数量的0.2-0.3%;而分离培养获得的AAnPB可占培养细菌总数的最高比例高达近 12%。分离培养和高通量测序结果均表明,BSCs中细菌属于Proteobacteria等6个门类,优势纲为 Alphaproteobacteria 和 Actinobacteria,优势科 Methylobacteriaceae 和Sphingomonadaceae的相对丰度基本稳定在3 1.5%左右,Sphingomnnas为可培养细菌中的优势属;AAnPB的优势门为Proteobacteria,优势纲为Alpha-和Beta-proteobacteria,优势科Rhodospirillaceae、Acetobacteraceae、Roseiflexaceae,Sphingomonadanceae 和 Methylobacteriaceae,其中 Methvlobacterium(24.14%》,Blastomo%),s(10.34%)和Sphingomona(10.34%)是可培养 AAnPB 中的优势属。BSCs中细菌与AAnPB群落结构和多样性因时(季节,5月和9月)空(结皮层和下层七壤;不同地理位置)和结皮类型不同而有所差异,尤其是群落结构在东、西部区域差异较大,主要体现在群落的相对丰度上。2.AAnPB对BSCs形成和发育的影响与作用预测所得荒漠地区 BSCs中 AAnPB核心微生物组包括5 个科Methylobacteriaceae、Acetobacteraceae、Burkholderiaceae、Rhodospirillaceae 和Sphingomonadaceae;反接验证实验结果表明,这些微生物在人工环境中对BSCs的形成和发育具有不同程度的促进作用。基于AAnPB可以、而蓝藻等藻类不可以利用近红外光的特点设计的微宇宙模拟实验研究结果表明,添加近红光实验组形成的BSCs较对照组在形成BSCs的厚度、BSCs中有机质含量和微藻的数量分别提高了 24.0%、103.7%和1447.6%。而AAnPB 核心微生物组(Methylobacteriaceae 中的 methylotrophs 类和Sphingomonadaceae中的Sphingomonas)与其它微生物类群数量的增长、有机物等营养物质的积累显著相关(P<0.05)。3.菌株B3全基因组和RubisCo酶活分析AAnPB菌株B3的光合基因簇与其它已知自养或异养光营养细菌具有明显差异,具有完整的卡尔文固碳途径;在寡营养培养条件下,RubisCo酶活力最高可达到18.8μmol/min·g菌体,说明AAnPB可直接参与到荒漠生态系统的“碳汇”过程中。综上,BSCs中的细菌与AAnPB的丰度高,种类丰富,不同类型BSCs间群落结构差异大,原因与地理因素、气候因素和土壤理化性质有关,其中降水量和pH影响最大。核心 AAnPB 物种隶属于 Methylobacteriaceae、Sphingomonadaceae、Burkholderiaceae、Acetobacteraceae 和 Rhodospirillaceae,这些 AAnPB 类群可通过提高BSCs中有机质、速效磷和速效氮的水平,增加藻类和真菌的丰度和多样性,提高BSCs覆盖度和厚度而加速其形成和发育。核心AAnPB菌株B3具有完整光合固碳系统,且具有RubisCo酶的活性。本研究为认识BSCs中AAnPB多样性和功能提供了依据,具有重要的理论意义和实践价值。