噬电子菌是一类能以固态可导电的物质（比如铁矿物和电极 作为电子供体，然后 将电子传递到细胞内的微生物。 噬电子菌可以利用各种电子受体获得能量维持自身生长，比如二氧化碳（ CO2）和硝酸盐 NO3-）。在自然环境中，噬电子菌独特的代谢方式耦合了多种营养元素的转化，可以影响生物地球化学循环。水稻土是典型的人工湿地系统，其频繁的干湿交替导致的氧化还原梯度和矿物的形成为噬电子菌提供了合适的栖息地。但是关于水稻土中噬电子菌群落结构和多样性，目前还鲜有报道。此外，施肥是农业生产中常用的增产手段之一，长期不同施肥措施对水稻土中 噬电子菌群落结构和多样性的影响也尚不明确。
      因此本文分别选择了我国由南到北5个不同地点的水稻土，以及同一地点的长期不同施肥处理水稻土作为研究对象，构建了微生物电合成（ Microbial electrosynthesis system MES）反应器，以 MES中的阴极作为电子供体富集不同水稻土中潜在的噬电子菌，采用高通量测序和高通量定量 PCR HT-qPCR 等 技术分析其群落多样性，揭示调控噬电子菌群落组成的关键环境因子，并探索不同
施肥措施对噬电子菌群落的影响。具体的研究内容以及结果如下：
    1) 向 MES反应器 中接种 5个不同地点的水稻土，以 MES反应器 中的阴极（（–0.7 V versus Ag/AgCl 作为电子供体， CO2为电子受体富集噬电子菌，运行一个月后利用高通量测序技术探究不同土壤中 潜在 的噬电子菌群落结构。在 MES运行过程中 阴极上 大约 25%–45%的电子被 潜在的 噬电子菌捕获并还原 CO2为乙酸。在阴极上，厚壁菌门 Firmicutes 是 微生物群落中 最主要的成分，其中的芽孢杆菌属 Bacillus 的相对丰度最高且在 5种不同的土壤中均显著富集。除了厚壁菌门，变形菌门 Proteoacteria 中的微生物也参与了噬电子的过程。来自海伦市、沈阳市和鹰潭市的水稻土中富集的 潜在的 噬电子菌群落结构明显区别于来自安庆市和雷州市的水稻土中的噬电子菌群落，这种差异的主要驱动因子是土壤 pH、无定形铁含量和土壤电导率 ，这 3个因子可解释不同水稻土中潜在的噬电子菌群落结构差异的 33.5%。
    2）从湖南祁阳 县的中国农业科学院红壤实验站 红壤试验站采集长期不同施肥处理的水稻土作为研究对象，施肥措施分别为：未施肥（ CK）、仅施加腐熟牛粪（M）、仅施加氮磷钾化肥 NPK）以及牛粪和化肥配施 MNPK）。将这 4种土壤接种至 MES反 应器的阴极室中，以阴极（ （–0.4 V vs Ag/AgCl）作为电子供体， NO3-作为电子受体富集了不同施肥土壤中潜在的噬电子菌。采用高通量测序研究了噬电子菌群落组成，利用 HT-qPCR分析了 MES阴极上参与反硝化和异化硝酸盐还原成铵（ Dissimilatory nitrate reduce to ammonia DNRA）过程的功能基因。结果显示，与 CK相比， 3种施肥措施均显著增加了 潜在的 噬电子菌群落的分类学 结构 和系统发育 结构的 多样性。在 CK土壤中，放线菌门（ Actinobacteria和变形菌门（ Proteobacteria）是最主要的噬电子菌群。施加 NPK偏好性地富集属于厚壁菌门（ Firmicutes）的噬电子菌，而施加 M和 MNPK有利于富集属于绿弯菌门（ Chloroflexi）、异常球菌 -栖热菌门（ Deinococcus-Thermus）和芽单胞菌门Gemmatimonadetes）中的微生物。此外，链霉菌属 Streptomyces）、特吕铂菌属（ Truepera）和芽孢杆菌属 Bacillus）是所有施肥土壤中均显著富集的潜在噬电子菌。当 NO3-作为电子受体时，这些潜在的噬电子菌可消耗阴极电流耦合 NO3-还原，其中 18%–35%的电子被噬电子菌传递给 NO3-还原成 NH4+。土壤总碳、总氮和溶解性有机碳 的含量 是影响不同施肥土壤中潜在的噬电子菌群落组成的主要因素，对群落结构差异的贡献率为 53%。
    3）以第二部分研究内容中长期不同施肥处理的水稻土为研究对象，采用地杆菌科（ Geobacteraceae 16S rRNA基因特异性引物，通过定量 PCR和高通量测序技术原位研究了长期不同施肥措施对水稻土中噬电子菌 Geobacteraceae群落多样性的影响。 Illumina测序结果显示，长期不同施肥处理对 Geobacteraceae的物种丰富度和多样性的影响并不显著。在所有处理中， Geobacteraceae主要包含两种属，分别为 Geobacter属（占总序列数的 90%–95%）和 Geothermobacter属（ 5%–10%）。与对照比较，所有的施肥处理均导致 Geobacter属的相对丰度显著下降（ P < 0.05），而 Geothermobacter属的相对丰度明显增加。在不同施肥处理中， Geobacteraceae群落基于 Bray-Curtis距离的分类学结 构和基于加权 UniFrac距离的系统发育结构与未施肥处理中的相比存在明显差异，而长期不同施肥处理之间 Geobacteraceae群落的分类学结构和系统发育结构均无明显差异。长期施肥引起的 Geobacteraceae群落的变化主要是由土壤 pH、总碳和总氮引起的。
    以上结果表明，水稻土中的噬电子菌群落组成丰富多样 ，厚壁菌门中的微生物为优势物种，比如芽孢杆菌属 。 长期不同施肥措施会影响噬电子菌的群落组成，除此之外，土壤 pH、碳和氮含量 是影响噬电子 菌 群落结构变化的主要因素 。 噬电子菌的代谢活动可以影响水稻土中碳、氮元素的循环 主要 为 固碳固氮的作用 。该研究对于深入了解水稻土中噬电子菌群落及其影响的元素生物地球化学循环具有重要意义，也为利用噬电子菌调控氮肥利用效率提供了理论基础。