水稻根际来源于根的碳和氧基本上是由水稻品种和生长期控制的。我们假设水稻不同品种所独有的特征是否导致根际的微生物生物量差异进而改变控制土壤CO2、CH4和N2O排放动态变化的根际微生物角色。当前全球变化形势下,水稻田土壤中关于水稻品种控制CO2、N20和CH4排放的微生物机制评价对于改进相似生态系统中控制温室气体排放因子的认识是极其重要的。将秧龄30天的杂交稻和常规稻(Oriza sativa)移植到随机选择的小区,采集不同生长期水稻的根际土和表土：种植后45天(分蘖期-S1),81天(抽穗期-S2)和107天(成熟期-S3)。同时为了调查植物根际对微生物群落的影响,在秧苗移植前采集土壤样品(未种植土壤-S0)我们测试了转化酶和脲酶活性而检测了总体微生物活性(功能),通过不依靠培养的分子技术包括聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)和实时定量PCR检测了细菌、真菌、反硝化菌(nirK),氨氧化细菌(amoA)和古菌(amoA)的群体结构和丰度。并且从DGGE凝胶上切取了重要条带作了测序和系统进化分析。得出主要研究结果如下：1)在分蘖期(S1)、抽穗期(S2)和成熟期(S3)杂交稻CO2的排放分别比常规稻高11%、16%和25%,并且杂交稻具有更高的酶活性、总微生物生物量、细菌16S rRNA基因拷贝数、真菌ITS rRNA基因拷贝数以及与常规稻相比根际土壤中含有更高的真菌细菌比例。基于真菌和细菌的群落结构PCR-DGGE图谱主成分分析显示杂交稻和常规稻在不同生育期存在显著差异。细菌16S rRNA DGGE条带序列分析显示杂交稻促进了α-变形菌群生长,而真菌18S rRNA分析显示杂交稻抑制了几个类似于子囊菌门(Sordariomycetes, Pezizomycetes和Leotiomycetes)的独特可操作分类单元真菌生长。2)水稻生长季显著影响了根际氨氧化细菌(AOB)和反硝化菌(nirK)的结构和丰度,但对氨氧化古菌(AOA)结构和丰度没有影响。所有土壤样品中AOA的氨单加氧酶基因(amoA)拷贝数都高于AOB。然而,反硝化菌在整个生长季中基本上支配氨氧化菌,显示在水稻根际环境中反硝化菌具有更好的适应性。3)相对于常规稻而言,杂交稻减少了N2O的排放。并且,在根际土壤中,杂交稻比常规稻具有较高的氨氧化细菌(AOB)基因拷贝数,以及较低的反硝化细菌nirK基因拷贝数。比较氨氧化细菌和反硝化菌群的PCR-DGGE图谱主成分分析也显示整个生长季中杂交稻和常规稻之间存在显著差异。而水稻品种和生长季没有显著影响氨氧化古菌amoA的结构和丰度。氨氧化古菌和反硝化菌(nirK)多样性分析仅限于不可培养的泉古菌和根瘤菌群(Bradyrhizobiaceae和Rhizobiaceae)。而AOB多样性分析显示了几个类似于亚硝化螺菌属Nitrosospira sp.的独特分类单元。相对于AOA而言,杂交稻在生长季可以选择性地促进根际部分氨氧化细菌(AOB)菌群。这些结果提示NO3--N摄取增加和反硝化菌群适应性较低可能是杂交稻相比常规稻N2O排放较低的原因。4)在分蘖期(S1)、抽穗期(S2)和成熟期(S3)杂交稻CH4的排放分别比常规稻低31%、48%和56%。我们于水稻生育后期观察到了甲烷产生菌丰度的增加和甲烷氧化菌丰度的减少现象。水稻品种没有显著影响甲烷氧化菌古菌的结构,而甲烷产生菌的结构在两品种间存在差别。并且在分蘖期(S1)、抽穗期(S2)和成熟期(S3),杂交稻根际总的pmoA基因拷贝数比常规稻分别高出4.9%,5.1%和6.2%。然而两品种总的mcrA基因拷贝数在整个生长季是稳定的,除了最后一个阶段(成熟期S3)。在所有采样期,两品种的mcrA和pmoA基因丰度和CH4排放存在显著的正相关(P<0.01,R2=0.87)。因此,水稻不同品种和不同生育期,根际土壤微生物结构和功能有些明显差异。这种差异影响了土壤中C、N循环及作物、微生物利用,因而也影响到稻田温室气体排放。对于水稻生产来说,生产力、温室气体间的平衡可能需要对品种—土壤微生物间相互作用有更深入的了解。