随着化学化肥的普遍使用,我国农田存在不同程度的过量施肥现象,并引起了一系列生态问题。珠三角地区作为南方重要蔬菜种植区域也存在着同样的问题。研究长期过量施肥中农田土壤微生物基因及功能的变化,可为农田的合理施肥提供一定的指导意见。本研究以农田土壤的碱性磷酸酶为主要研究对象,先通过结合传统理化指标检测和高通量测序技术对广州区域农田土壤进行了调查研究。同时使用代表性土壤模拟施肥实验,研究施放磷肥过程中,土壤碱性磷酸酶的转录表达及酶活的变化情况。后从农田土壤中筛选得有机磷细菌进行长期无机磷连续培养,以研究长期磷源胁迫作用下有机磷细菌碱性磷酸酶的基因表达及酶活性的变化差异。本研究得到以下主要结论:从广州区域番禺、海珠、天河、荔湾和从化等地采集六处农田土壤样品,进行理化指标的测定和16S rDNA、18S rDNA、碱性磷酸酶基因phoD和phoX高通量测序。理化指标检测结果显示,广州区域的农田土壤的无机磷,氨氮含量普遍较低。高通量测序结果显示,广州区域农田土壤的微生物多样性丰富,门水平上,细菌群落的优势物种是Proteobacteri,真菌群落的优势物种是Ascomycota。而含有phoD和phoX基因的微生物多以农田土壤的uncultured bacterium为主。同时高通量β多样性分析显示,广州区域农田土壤的微生物多样性的区域差异性较大,不同位点间多样性的相似性较低。模拟施肥实验中,结果显示无机磷的施放会明显抑制土壤微生物碱性磷酸酶的活性,而有机磷肥料的施放则会一定程度促进土壤微生物碱性磷酸酶的活性。但在基因转录表达水平上的实验结果显示,只要往土壤中添加磷元素试剂,土壤中微生物的碱性磷酸酶的表达都会受影响而被上调表达。结合高通量测序中CCA分析结果,推测造成以上现象的原因主要来源于采集点农田土壤自身的独特性质。筛选得的有机磷细菌GN1在不同磷源培养条件下,生长情况都表现良好,但是酶活差异明显。全基因组测序结果显示,GN1与已被发现研究的不动杆菌菌株相似性较低,相关研究报道较少。不同磷源培养实验组的转录组测序结果显示,GN1在不同磷源培养条件下基因表达情况差异明显。GN1在有机磷培养条件下,相比无机磷培养条件,有大量的基因上调表达,其中包括磷代谢相关基因。在无机磷长期胁迫培养实验中,长达五百多天的无机磷培养过程中,GN1的碱性磷酸酶活性持续升高。而转录组测序结果也证实这培养过程中,GN1大量基因的表达被激发上调,碱性磷酸酶基因就是其中之一。由此推断,一定时间的无机磷持续刺激下,土壤微生物的碱性磷酸酶会被激化上调表达,活性上升。基因组重测序的结果也显示,GN1在长期无机磷培养过后,发生变异基因均为一般性功能基因,而并非磷代谢相关基因。总结研究结果,之所以没有观察到磷代谢相关基因的变异,可能要归因于实验时间的跨度不够长。