本文以江西省典型的红壤土(森林土壤和农田土壤)为材料,综合运用传统及现代分子生物学手段,采用室内培养、纯培养及统计分析相结合的方法,全面探讨了铝胁迫对红壤的微生物生态的毒性效应。筛选分离到1株耐铝细菌和2株耐铝真菌,并对其进行了耐铝能力的初步探讨。本研究为铝毒污染的微生物治理提供了有价值的实验材料。同时,在一定程度上为评价酸性沉降引起的活性铝含量增加给土壤和水生系统带来的潜在风险提供了一定的科学基础。本研究获得的主要结果如下：1.通过测定铝胁迫下红壤微生物数量、脲酶(URE)和酸性土壤酶(ACP)活性和微生物量碳(Cmic)的变化说明铝胁迫对酸性红壤中微生物特性和土壤酶活性的影响。研究结果表明铝胁迫下土壤样品中微生物数量、微生物量碳、ACP和URE活性显著低于对照组(p<0.05),而且这种差异性在农田土壤(AGR)中表现得比森林土壤(FOR)中更为显著。当土壤样品中A1的浓度高于80 mg·kg-1时,细菌平均数量受到显著抑制；当铝浓度提高至160 mg·kg-1真菌的生长才会受到显著影响。此外,两种土壤中真菌对铝的响应也不相同,相同处理浓度下农田土壤中真菌数量减少得更为显著。URE酶活性只在培养初期下降显著,当铝浓度高于240 mg·kg-1时明显受到抑制。相对于森林土,A13+对农田土pH和ACP活性的影响要低。另外,我们还发现单体铝浓度与微生物数量、酶活性及微生物量碳之间存在一定的负相关性。2.通过PCR扩增16S rRNA限制性长度多态性基因片段来评价酸性红壤中细菌种群对铝胁迫的响应机制。本实验通过巢式PCR (nested PCR)扩增构建了6个来自不同铝浓度处理两个代表性土壤样品的细菌16S rRNA基因克隆文库。通过随机挑取各文库中的阳性克隆进行PCR-RFLP分析共获得到60个基因分型。对这60个基因片段进行测序测定,用NCBI中Blast工具(相似度93-100%)进行相似性和种属分析,并通过显型丰度、均匀度等多样性指数予以表征。通过这些分析表明这些显型所代表的细菌种群中,96.7%属于Proteobacteria, Acidobacteria, Cytophaga-Flavobacteria-Bacteroides (CFB group), Green Nonsulfur bacteria (GNS), Gemmatimonadetes, high GC Gram+ and Nitrospira。序列分析显示56.7%(34)的克隆序列与环境中不可培养的细菌相似。另外,细菌的多样性及群落结构在不同的土壤样品中表现出明显的差异,更多的细菌种群发现于Ao土壤样品中。还有一些特殊菌属,比如Nitrospira消失于铝处理过的土壤样品中。3.利用PCR-RFLP技术直接扩增、克隆、酶切和序列分析等过程构建真菌ITSrDNAs文库,分析酸性红壤地区典型森林土壤和农田土壤在不同铝胁迫下的真菌群落结构特性。来自6个土壤样品中的总共906个ITS rDNAs克隆子用限制性内切酶有Rsa I和Hal I进行PCR-RFLP分析,77个独特的限制性片段长度多态性指纹(operational taxanomical uint, OTU)被确定并测序,DNA序列通过Blast和RDP分类分析。结果表明,被测土壤样品中79.2%(61)的真菌类群属于子囊菌门、担子菌门和球囊菌门,相似性为95-100%。此外,20.8%(16)的真菌类群属于未分类的簇。担子菌门真菌在两种类型土壤中的占明显优势,总量接近土壤真菌种群总量的1/2,但种属类别没有子囊菌门真菌丰富。此外,随着铝胁迫浓度的增加,两种土壤中担子菌门的真菌丰度明显下降,子囊菌门真菌的丰度显著上升,并在F2和A2土壤中成为优势种群。可见,铝浓度的升高影响真菌种群数量及分布。4.采用PCR-RFLP技术分析了不同铝浓度处理的森林土壤和农田中古细菌16SrRNA基因的多样性。通过基因分型,利用Estimate S软件分析得到OTUs并绘制稀缺性曲线,结果表明这些克隆代表了文库中大多数被测环境样品中的古菌类型。酸性土壤中分布着一定数量的古菌群落,6个酸性土壤中古菌克隆文库都包括三大类：泉古菌门、广域古菌界)和未分类的古菌,其中泉古菌门占的比例最高。进一步,我们运用Mothur软件对6个被测样品中分布的古菌群落进行比较,结果表明在未加铝处理的土壤中,未分类古菌占得所占比例最高,酸性土壤的特殊环境可能主要影响特殊古菌类型的组成。但随铝处理浓度加大,两种土壤中泉古菌所占比例升高,表明泉古菌对铝的耐受性更强,在高铝浓度下逐渐演变为优势种群。5.通过传统的选择性富集培养方法从酸性红壤中分离到8株耐铝细菌,最高耐铝浓度达5 mmol/Lo。 PCR-RFLP分析结果表明,8株细菌表现为同一种基因型。利用NCBI Blast工具对16S rRNA基因进行序列比对,确定该菌株属于p变形杆菌亚门(β-proteobacteria)伯克氏菌属(Burkholderia sp. SB1),相似性为100%。本实验首次报道伯克氏菌属细菌具有较强的耐铝能力。6.在实验模拟的条件下研究细菌SB1的对酸、温度、抗生素等的耐受能力,并利用扫面电镜研究该菌在不同铝胁迫下的形态学特征,并通过ICP-MS研究该菌对铝的吸附性能。我们的实验结果表明铝胁迫延长SB1进入指数生长期的时间,对细菌生长后期影响不大;SB1具有较强的耐铝能力,当铝不存在的情况下细菌能在pH 2.2的培养液中生长。然而,铝的存在会增加酸对细菌生长的毒害作用;SB1的最适生长温度为37℃,适当降低温度对细菌生长的影响不大,高温对细菌生长具有显著的影响。细菌能吸附一定数量的铝,高浓度下细菌对铝的吸附很快达到饱和。此外,SB1可以通过改变自身的形态结构来适应高铝胁迫的环境。7.通过传统的选择性富集培养方法从酸性红壤中分离到2株耐铝真菌,最高耐铝浓度达550 mmol/L。从森林土中筛选获得的S4、S7菌具有较强的耐铝能力,利用真菌26S rRNA进行分子鉴定并结合RDP聚类分析表明：S4和S7均属于发菌科(Trichocomaceae)真菌,其中S4属于一种正青霉(Eupenicillium), S7则属于发菌科中的一种未知真菌。8.利用分离获得的高耐铝真菌为实验材料,在实验条件下证明了铝引起的pH值下降并不是导致微生物生长抑制的主要原因。真菌S4和S7对铝具有极强的耐受性。ICP测定的结果表明菌株S4比S7吸附了更多的铝,结果与苏木精染色的结果相吻合。然而,S7能通过分泌更多的胞外物质螯合铝,表现出比S4更强的铝耐受性。这一结果说明,菌株S7对铝的耐受能力可能主要是通过分泌胞外物质螯合铝来实现的。