异化铁还原作用能以Fe（Ⅲ）作为电子受体，将有机或无机的电子供体氧化。自然界的厌氧环境几乎都有异化铁还原现象，并有铁还原微生物的存在。厌氧水稻土中的微生物铁还原过程竞争电子供体乙酸盐，强烈抑制甲烷的产生，因此调控水稻土中的微生物铁还原过程已成为控制稻田甲烷产生的有效途径之一。有研究发现，一些梭菌和芽孢杆菌菌株具有还原铁的功能。水稻土中微生物生态研究显示出梭菌和芽孢杆菌在细菌群落结构中占重要地位，但是对于淹水水稻土中可培养梭菌属和芽孢杆菌属的群落结构演替及相对丰度的变化与铁还原能力的关系仍鲜有报道。
本实验采用非种植模式模拟水稻土淹水过程，探讨可培养梭菌属和芽孢杆菌属的群落结构和丰度随淹水时间的动态变化特征，揭示这种变化与微生物Fe（Ⅲ）还原能力的内在联系。试验中水稻土样品GZ和JL分别采集于贵州省和吉林省，分别属于西南高原湿润单双季稻作区和东北半湿润早熟单季稻作区水稻土。采用DGGE技术分析淹水1h、1d、5d、10d、15d、20d、30d和40d的可培养梭菌和芽孢杆菌的群落结构变化特征；通过Real-time PCR技术分析可培养梭菌和芽孢杆菌的相对丰度变化；对部分DGGE优势条带进行克隆测序并构建系统发育树。采用厌氧泥浆培养方法测定水稻土中铁的还原量变化，并通过Logistic方程进行拟合，分析可培养梭菌和芽孢杆菌的群落结构和相对丰度与铁还原的关系。获得以下主要结果：
1．GZ和JL水稻土中可培养梭菌的群落结构和丰度
（1）GZ水稻土在淹水培养20d后Fe（Ⅲ）还原达到稳定期，最大铁还原潜势为4.07mg/g，最大反应速率（Vmax）为0.35mg/（g.d），最大反应速率对应的时间(TVmax)为3.97d；JL水稻土，在淹水培养初期微生物的Fe（Ⅲ）还原变化明显，培养25d后达到稳定期，最大铁还原潜势为7.44mg/g，最大反应速率（Vmax）为0.79mg/（g.d），最大反应速率对应的时间(TVmax)为4.71d。
（2）根据不同淹水时期可培养梭菌的DGGE电泳图谱，采用Quantity One软件对其进行相似性聚类分析。结果如下：GZ水稻土中，淹水1h和1d处理的相似性系数为0.93，表明1h与1d群落结构相似；30d和40d处理的相似性系数为0.56，群落结构组成差异较大；JL水稻土中，淹水处理5d和10d的相似性系数为0.79，群落结构组成差异小；而1h和各个处理的群落结构差异较大。
（3）α多样性指数表明不同水稻土中不同淹水时间处理的多样性存在差异。在GZ水稻土中丰富度指数(dMa)大小为：40d>10d>15d>5d>20d>30d>1h>1d；Shannon-Wiener指数(H')大小为：5d>10d>40d>15d>30d>20d>1d>1h；Simpson指数(Ds)大小为：1h>1d>20d>40d>10d>15d>30d>5d；均匀度指数(E)大小为：5d>30d>15d>10d>40d>20d>1d>1h。JL水稻土中，dMa大小为：30d>1h>40d>10d>20d>5d>15d>1d；H'大小为：30d>10d>40d>1h>15d>5d>20d>1d；Ds大小为：1d>20d>15d>5d>40d=1h>10d>30d； E大小为：30d>10d>40d>1h>15d>5d>20d>1d。
（4）采用Unifrac软件对不同淹水时间水稻土中的优势梭菌进行PCA分析。结果表明，GZ水稻土中，淹水1h和1d、10d和20d、5d和15d的优势菌群落组成相似；而30d处理的点与这三个集群疏远，说明群落组成相差较大。JL水稻土中，淹水10d和5d、30d和40d处理中的优势菌群落结构相似，1d、20d处理的优势细菌组成差异较大。
（5）不同淹水时间处理的GZ和JL水稻土都各产生了15种优势类型。基于16SrRNA基因的系统发育树分析将其分为2类：Group1和Group2，均与梭菌属密切相关。
（6） GZ水稻土中，淹水30d梭菌的相对丰度最低为0.006‰，1d处理的丰度最高为0.563‰；JL水稻土中，淹水1h处理的丰度最低为0.011‰，1d处理的最高为0.913‰。
2．GZ和JL水稻土中可培养芽孢杆菌的群落结构和丰度
（1）根据不同淹水时期可培养芽孢杆菌的DGGE电泳图谱，采用Quantity One软件对其进行相似性聚类分析。结果如下：GZ水稻土中，淹水处理15d和20d的相似性系数为0.96，群落结构组成差异最小；淹水处理1h、1d和其它处理群落结构组成差异较大，相似性系数为0.66。JL水稻土中，淹水处理5d和20d相似性系数为0.84，群落结构组成相似；而1h和其它处理相似性系数最低，仅为0.30，群落结构变化较大。
（2）α多样性指数显示，不同淹水时间处理的多样性在两种水稻土中存在一定的规律。GZ水稻土中丰富度指数(dMa)大小为：1d>1h>5d>10d>30d>15d>40d>20d；Shannon-Wiener指数(H')大小为：1h>1d>5d>10d>20d>40d>15d>30d；Simpson指数(Ds)大小为：30d=15d>40d>20d>1d>5d>10d>1h；均匀度指数(E)大小为：20d>1h>10d>5d>40d>15d>30d>1d。JL水稻土中，dMa大小为：1d>1h>30d>40d>5d>10d>15d>20d； H'大小为：1h>1d>30d>20d>15d>10d>5d>40d； Ds大小为：40d>5d>10d>15d>20d>30d>1d>1h；E大小为：1h>1d>20d>30d>15d>10d>5d>40d。
（3）采用Unifrac软件对不同淹水时间水稻土中的优势芽孢杆菌进行PCA分析。结果表明，GZ水稻土中，1h和1d、5d和10d、15d和20d处理的微生物群落结构组成相似；而30d处理与其群落结构组成差异较大。JL水稻土中，1h、1d和30d处理的点紧密聚集在一起，10d、20d和5d的处理点聚集在一起，说明它们的优势菌群落组成相似；而40d处理的点明显与这两个集群疏远，说明其群落结构相差较大。
（4）不同淹水时间处理的GZ和JL水稻土中分别产生了9种和12种优势类型。基于16S rRNA基因的系统发育树分析将其分为2类，均与芽孢杆菌属相关。系统发育分析表明，Group2主要与芽孢杆菌菌株NC7401聚为一类。
（5）GZ水稻土中，淹水5d处理的芽孢杆菌相对丰度最低为26.26%，15d处理的最高为62.19%；JL水稻土中，淹水1h处理的丰度最低为18.45%，10d处理的最高为49.15%。
通过本文的研究，对不同淹水时间的不同水稻土中可培养梭菌和芽孢杆菌的群落结构和丰度有了进一步的认识，探讨了其与微生物Fe（Ⅲ）还原之间的关系，为进一步明确水稻土中梭菌和芽孢杆菌的分布、系统分类特征及生态功能、探讨不同水稻土中微生物Fe（Ⅲ）还原能力差异提供了理论依据。
