土壤微生物是陆地生态系统的重要组成部分,在土壤的形成与发育、有机质转化、生态系统平衡、土壤环境净化与生物修复等方面起着重要的作用。土壤微生物对环境的作用主要通过群落代谢功能差异来实现。微生物多样性的变化能较早地反映土壤质量的变化过程,对生态环境演变也有重要的指示作用。因此,明确不同环境中微生物群落的作用、深入了解其群落组成和结构变化对于整个生态系统的研究具有重要意义。石羊河流域在我国生态安全中占有重要地位。近几十年来,受到干旱、沙漠化及人为因素影响,该区域出现大面积耕地撂荒,形成草原向荒漠过渡的次生草地,生态系统濒临崩溃,已引起国家高度重视。前人从不同角度对生态修复进行了研究,但尚缺乏有关微生物方面的研究。本研究以此为切入点,对该区域土壤微生物多样性及优势植物根际促生菌进行研究,为改善并修复该区域退耕区次生草地生态系统奠定理论和实践基础。本研究以石羊河流域中下游的民勤绿洲不同退耕年限(1a、5a、10a)次生草地和从未耕种的原生地土壤及其优势植物为研究对象。采用时空替代法选择四个不同年限的样地,从不同土壤层(0~20 cm、20~40 cm)取样,利用高通量测序技术分别对土壤细菌和真菌的多样性进行分析。同时,选取四个样地中的优势植物(盐爪爪、骆驼蓬、梭草、盐生草和黑果枸杞),采集植物根际(根系和土壤)样品,通过分离、纯化及筛选,获得植物根际促生菌(PGPR),研究其促生特性,并对具有优良促生特性的菌株进行分子鉴定。获得如下主要成果:1、土壤细菌多样性研究表明:共获得746879条优化序列;各样品OTU数量随分类水平的延伸而减少,共有OTU数量达931个;稀疏曲线中,退耕一年地OTU数量最多,原生地OTU数量最少。除原生地,其余年限样品中0~20cm土壤层的OTU数量均高于20~40cm土壤层;各样品丰度曲线跨度差异不明显;多样性指数计算发现,退耕一年地(0~20cm)的多样性指数最高,为ACE指数(2087)、Chao1指数(2087)和Shannon指数(9.17),即菌群丰富度和多样性最高,其余各样品丰富度和多样性变化趋势保持一致;PCA与聚类分析发现,退耕五年地和十年地结构相似性较高,而原生地与其他样品结构差异性较大,各年限样品组间差异距离明显大于组内差异;各样地在不同分类等级分别获得196、616、834、1065、1094和349的菌群数,且优势细菌种类基本相同,“门”的水平以放线菌门(Actinobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)、酸杆菌门(Acidobacteria)、浮霉菌门(Planctomycetes)和拟杆门(Bacteroidetes)为主,“属”的水平以浮霉状菌属(planctomycessp.)、芽孢杆菌属(bacillussp.)、尤泽比氏菌属(euzebyasp.)和链霉菌属(streptomycessp.)为主;功能基因分析,各样地共包含6大类功能基因(environmentalinformationprocessing、metabolism、cellularprocesses、geneticinformationprocessing、organismalsystemsandhumandiseases),具体功能达37种,其中,与metabolism相关的功能基因最多。2、土壤真菌多样性研究表明:共获得557313条优化序列;各样品共有otu数量达320个,同一样品otu数量在各分类水平中一样;稀疏曲线中,退耕十年地的otu数量最多,除退耕一年地,其余年限20~40cm土壤层中otu数均高于0~20cm土壤层;退耕十年地的丰度曲线跨度最大,退耕五年地跨度最小;退耕十年地(20~40cm)的ace指数(509.57)、chao1指数(509.51)、simpson指数(0.98)和shannon指数(6.74)最高,即菌群丰富度和多样性最高,其余各年限差异不大;pca结果发现,退耕一年地与其他样品组成差异性较大,且同一年限两个样品间差异性较小;四个年限土壤样品聚类分析后为四类;各样品组间差异大于组内差异,且不同组间样品组成差异性较小;各样品在不同分类水平分别获得76、154、374、545、824和1571个菌群数,优势真菌菌种,“门”的水平以子囊菌门(ascomycota)、担子菌门(basidiomycota)、接合菌门(zygomycota)和壶菌门(chytridiomycota)为主,其中,退耕一年地与其他样品菌群丰度差异较大,原生地两个土壤层中菌群组成有明显差异,“属”的水平主要假裸囊菌属(pseudogymnoascussp.)、小囊菌属(microascussp.)、支顶孢属(acremoniumsp.)、青霉菌属(penicilliumsp.)为主;各样地均有特有菌种;优势属关系网络分析发现,有五组优势属出现一对一的协作关系,即rubinoboletussp.和phomasp.,aspergillussp.和micriascussp.,coniocessiasp.和solorinasp.,mortierllasp.和acremoniumsp.,chaetomiumsp.和monosporascussp.。3、根际促生菌(pgpr)进行分离、筛选:从研究区5种优势植物共获得菌株320株,其中固氮菌115株,溶解无机磷菌株107株,溶解有机磷菌株98株。pgpr菌株数量呈现出“根系表面>根表土壤>根内”分布特征。4、根际促生菌(pgpr)促生特性研究表明:获得具有较高固氮酶活性pgpr菌株有39株,固氮酶活性在23.13~559.68nmolc2h4·h-1ml-1之间(20株大于300.00nmolc2h4·h-1ml-1),分离自盐生草的菌株nchp1固氮酶活性最高;溶解无机磷的菌株50株,溶磷量在19.55~574.40μg·ml-1之间(22株高于300.00μg·ml-1,占总数44%),分离自黑果枸杞的菌株ndrp2溶磷量最高;溶解有机磷的菌株37株,溶磷量含量变化较大(27.79~429.39μg·ml-1),溶磷量高于300.00μg·ml-1的菌株共10株,占总数的27.03%,分离自黑果枸杞的菌株NDRS1溶磷量最高。5、优良根际促生菌(PGPR)分子鉴定表明:21株优良根际促生菌(PGPR)分别属于4个属7个种,结合鉴定结果综合考虑其他特性,发现15株具有进一步开发潜力,即:短小芽胞杆菌(Bacillus pumilus)5株、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)6株、深红沙雷氏菌(Serratia rubidaea)2株、暹罗芽孢杆菌(Bacillus siamensis)和蜡样芽胞杆菌(Bacillus cereus)各1株。