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微生物多样性在维持地球土壤生态完整性中扮演着重要角色,也是评价土壤污染的重要指标。然而,针对矿山生态系统,特别是长期复合重金属污染矿区的细菌群落认识还不够透彻。本研究对矿区复合重金属污染土壤修复样地进行了采样调查,发现污染区Cd、Cu、Pb、Zn等4种重金属含量超过国标风险筛选值的2-200倍,并从中选取了具有Cd、Mn、Zn转运和富集能力的修复植物杨树及其内生菌、土壤和根际菌作为研究对象,对其相关的微生物群落变化特征,环境因子与微生物的相互关系,以及可培养内生菌进行了深入研究,发现了大量污染生境的核心物种,揭示了重金属污染生态系统中细菌结构的变化规律,为进一步解析植物、土壤等不同生境细菌群落的构成和变化,以及重金属污染修复效果评价提供了依据。主要研究内容和结果如下:一、发现了受重金属复合污染的尾矿库土壤和场地修复杨树内生细菌群落多样性结构特征。采集矿区污染和非污染区域的土壤、杨树根进行16S rDNA高通量测序,OTU聚类分析共比对到了32个门的1246个物种,48个核心物种。多样性指数评估发现细菌群落多样性呈现根际>裸土>植物内生菌,非污染区>污染区的规律。主成分分析群落分布受生境差异的影响显著,污染环境提高了群落组成的差异,而植物内部生境弱化了组成差异,植物内生菌群落分布相似度较大,污染植物内生菌与非污染对照群落分布差异不明显,多样性也最低。二、揭示了环境因子与菌群的相互作用。重金属是影响污染区细菌群落多样性的关键因素。β多样性分析显示污染土样与非污染对照的群落分布差异明显,没有植物干扰的污染裸土与其他生境土样差异最大;冗余分析也证明了重金属对污染群落分布的影响显著且远大于土壤理化性质等其他环境因子造成的影响;环境因子相关性分析发现重金属成为污染耐受菌群的偏好生存环境,这些菌群呈现出与重金属的显著正相关;进一步的基因功能预测发现污染样本中与重金属离子输送、重金属抗性和修复相关的代谢途径有关的序列较对照更为丰富。植物根际效应、土壤理化性质也是重要的环境因子,冗余分析显示pH、总钾、有效氮、有机质、有效钾和总有机碳对非污染细菌群落影响大于重金属;环境因子与菌种相关性热图发现这些土壤化学性质因子成为污染敏感菌群的选择偏好。三、分离并筛选出了一批杨树内生菌,并初步探讨了其重金属耐受机制。从杨树根、茎样本分离得到461个菌落,对其中80个单菌落进行了重金属耐受性初步筛选,获得了一批对Pb、Zn、Cd具有耐受能力的可培养菌株。对其中2株重金属耐受优势菌进行了生理生化实验、菌种鉴定和耐受性能检测,命名为Burkholderia sp.YG-3和Enterobacter sp.YG-14。两菌的Cd、Zn和Pb耐受浓度分别达到了1300 mg L-1和1000 mg L-1,1500 mg L-1和600 mg L-1以及2000 mg L-1和2000 mg L-1;在高浓度重金属溶液中,YG-3和YG-14对Cd2+去除率分别达到62%和43%,Zn2+去除率达到81%和68%。为后续重金属耐受机理研究提供了生物材料和基础数据。本研究发现了受重金属复合污染的尾矿库土壤和场地修复杨树内生细菌群落多样性结构特征,揭示了环境因子与菌群的相互作用,并分离筛选出了一批杨树内生菌,并初步探讨了其重金属耐受机制,为后续评价矿区重金属污染修复效果提供了理论基础,为进一步开展微生物-植物协同修复研究及应用提供了材料和数据。