奇古菌门在2008年被提出划分为古菌域的新的门,奇古菌数量大,多样性高,分布在全世界多种生境,研究表明奇古菌对自然界生物化学循环,如氮和碳元素循环调节方面具有潜在重要作用。奇古菌分离培养难度极大,利用宏基因组学等分子技术揭示其可能的代谢特征具有重要意义。矿山酸性废水底泥属于矿山酸性环境,具有极端酸性(pH<3),并富集多种重金属元素的特征,给生态环境带来严重危害。研究矿山酸性废水底泥环境中奇古菌对碳氮硫等元素生物地球化学循环的潜在代谢功能,可以为矿山污染的治理提供一定的理论指导意义。因此,本研究选取了江西省铅山县永平铜矿一个酸性矿山废水湖为研究对象,采集五个底泥样品,分析其理化性质,利用宏基因组测序和基因组组装技术,重构底泥中未培养的奇古菌门的五个基因组,YP1.bin5.6;YP2.bin15;YP6.bin20;YP3.bin46;YP6.bin104的代谢通路,比较5个奇古菌基因组的共性和差异,揭示其在碳、氮、硫等元素生物地球化学循环中的代谢潜能及其在极端环境适应方面的潜在机制,推测其在群落中扮演的生态学角色,探讨奇古菌如何抵抗或者适应酸性环境。本研究中底泥为极端酸性,pH平均为2.53,对样品的理化分析结果显示,样品富集了碳氮等营养元素,同时显著富集了重金属。对永平铜矿矿山酸性环境微生物多样性及其功能研究结果显示,奇古菌门是底泥样品中微生物优势门类之一,占据了9.4%的相对丰度,仅次于广古菌门(43%)和变形菌门(17.8%)。其中bin15在样品YP2的微生物群落中相对丰度高达13.86%。五个奇古菌在极端环境中的生存机制方面存在共性,它们都可以通过阳离子转运蛋白和重金属离子透性酶来抵抗重金属胁迫,通过H+转运ATP酶,Na+或K+等金属阳离子逆向运输蛋白等机制抵抗低pH胁迫,以及通过超氧化物歧化酶来抵抗强氧化胁迫。同时在抵抗强氧化胁迫的个性方面,只有bin5.6拥有过氧化物还原酶,但其缺乏其他四个基因组都拥有的亚氯酸盐歧化酶。对五个奇古菌进行代谢潜能分析,它们都是不依赖于氨氧化的自养微生物,固碳方式多样,可以通过rTCA循环和羟基丙酸-羟基丁酸循环固定二氧化碳,其中Bin5.6还可以通过卡尔文循环固定二氧化碳。碳水化合物代谢方面,它们都能通过不完整的糖酵解途径、丙酮酸代谢途径、和较为完整的柠檬酸循环途径,进行碳水化合物代谢。氮代谢方面,它们都不具备固氮能力,但都具有与谷氨酸脱氢和谷氨酸合成相关酶的基因,其中bin5.6可通过硝酸盐还原反应获取氮源,Bin20可以参与到反硝化作用过程。硫代谢方面,只有bin5.6可进行完整的异化硫酸盐氧化还原过程,同时拥有不完整的同化硫酸盐还原途径,其他四个基因组只有不完整的异化硫酸盐氧化还原途径。五个基因组都可以编码古菌鞭毛蛋白,具有运动的潜能,也能编码甲烷生成过程中合成辅酶F420的基因。本论文的研究结果,增进了对奇古菌门未培养微生物在矿山酸性环境中的功能的认识,补充了其在碳氮硫等元素代谢潜能和对酸性环境适应性机制方面的空缺,同时为矿山酸性环境的污染修复提供理论指导。