1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）
土壤由岩石风化而成的矿物质、动植物，微生物残体腐解产生的有机质、土壤生物（固相物质）以及水分（液相物质）、空气（气相物质），氧化的腐殖质等组成。土壤中的这三类物质构成了动植物赖以生存的条件[1]。近年来，随着重工业的发展，化肥、农药的使用大量增加，工业废水的排放，重金属污染日益严重[2]。重金属元素随着地标径流，风力、雨水淋溶的作用下极易发生转移，使得土壤中的重金属元素含量明显增加，从而造成对周围的土壤生态系统的污染。随着土壤重金属的污染，土壤生态系统遭到破坏，土壤微生物的群落结构、生理生化特征以及酶活性随之发生变化。因此，土壤微生物群落结构能够反映出土壤甚至是整个生态系统的健康状况。已有研究表明，镉、砷、铅等重金属污染能够明显影响土壤的微生物群落，影响土壤中的微生物生物量，改变微生物群落结构，导致土壤微生物的种群发生变化[3]。土壤微生物对重金属的胁迫较动植物更敏感，加上其具有繁殖快，菌落特征鉴定简单快捷等特点，因此是评价土壤环境质量好坏最具有潜力的指标，也是评价土壤对人体健康影响的一种敏感而简单的指标[2]。
宏基因组学(meta-genomics)又称为环境基因组学，生态基因组学，或者群落基因组学，这是一门直接研究自然状态下微生物群落(包含了可培养的和不可培养的细菌、真菌和病毒等基因组的总和)的学科[4]。宏基因组学目前还是一门新兴学科，但由于其革命性的方法，克服了大多数微生物群的不可培养性和基因组的多样性问题，取得了一系列的丰硕成果。尤其是在在高温、高寒、酸碱等极端环境中生活的微生物比普通环境下的微生物更难分离、培养和研究,而宏基因组学技术在极端环境微生物的研究中显示出了极大的优势。研究发现，北极的微生物群落与其他地区的微生物群落没有本质不同,土壤ph值是决定微生物群落的最主要因素,而空间距离不是预测土壤多样性差异大小的可靠标准[5]。mackelprang等研究表明,当永久冻土随气温升高而融化时,微生物群落也随之出现迅速、明显的变化；其碳氮循环功能基因的变化，与永久冻土里甲烷释放等现象存在相关性。通过组装序列,他们在不分离微生物的情况下,第一次从环境中得到了一个较完整的甲烷菌的全基因组序列[6]。wang等利用基因芯片对胡安德富卡海岭的深海新发育热泉的研究表明,微生物群落组成结构在热泉的增长过程中瞬息万变,微生物群落在代谢和生理上呈高度动态变化。而且在该环境条件的成熟热泉中,细菌比古菌有更强的适应性[7]。而yang等对中国青藏高原高寒草甸生态系统土壤微生物群落结构的研究发现,在高寒气候放牧条件下,微生物功能基因结构发生了改变。其中,毒素降解基因、抗环境压力基因和抗生素抗性基因的丰度增加,但碳固定、碳降解以及甲烷产生和氧化的相关基因却受到了抑制[8]。
21世纪以来，高通量测序技术作为新一代的测序技术，使我们能在短时间内测定大量物种的核酸序列，对某个菌种，我们可以测定上百株细菌的基因组序列，这就为我们进行基于全基因组信息的分类标准建立奠定了良好基础，是解决复杂环境中微生物群落组成的和物种相对丰度的重要工具。wu等人综合分析了现有的1000多株细菌的全基因组序列，并测定了原核生物系统发育树关键分支上的56株菌，充分证明了全基因组序列在细菌分类和相关功能分析中的重要作用[9]。
2. 研究的基本内容和问题
1.1研究目标
1)研究重金属污染对土壤中细菌数量的影响。
2)研究重金属污染对土壤中细菌群落结构的影响。
3. 研究的方法与方案
2.1研究方法
1)利用五点法获取重金属污染土样。
2)通过试剂盒提取土样中微生物的基因组
4. 研究创新点
本实验采用了高通量测序技术对土壤中微生物的宏基因组进行测序。这种新方法确保了高精确度和真实的单碱基连续测序，为同聚物和重复序列的测序难题提供了很好的解决方案。
5. 研究计划与进展
2015.9-2015.10采集重金属污染土样
2015.10-2015.11测定土样的理化性质
2015.10-2016.1提取细菌基因组，并送到公司测序
