地震的监测和准确预报仍是目前世界上未能解决的科学难题。微生物能够迅速感知环境变化并做出适应性地改变,已成为监测地下水和地壳活动的一种新型手段,但其系统性、规律性还需要深入地研究。论文围绕“地震前后泉水微生物种类和代谢发生了哪些异常变化”这一科学问题,以新疆乌鲁木齐10号泉泉水微生物为研究对象,通过连续观测,探索该处泉水中的稳定性及敏感性微生物群落结构和活性变化规律,获取微生物异常反应的定性定量信息,探寻这种变化规律与地震之间的对应关系。论文首先研究了乌鲁木齐10号泉12项水文地球化学指标总体季节性和年度变化规律,发现部分测项异常偏高,可能与地震的发生有关。进而,对该泉水样内的细菌群落丰度分别按年内尺度、季节尺度、年际尺度进行了分类比较,结果发现细菌群落丰度在年内尺度月变化规律不明显,但随季节变化明显,整体上呈现出“夏>秋>春>冬”的趋势,年际之间变化也有显著差异。对泉水细菌种群结构进行分析的结果表明:大小为91bp、129bp、305bp、165bp、454bp的末端限制性酶切片段(T-RFs)所代表的细菌类群为乌鲁木齐10号泉水体生态系统中的最优势菌群;而其中的129bp和305bp片段所代表的细菌类群为该泉水中相对稳定的土著菌群。综合水文地球化学指标和泉水中的细菌丰度变化规律,发现泉水中氟离子(F-)、水氡(Rn)和甲烷(CH4)含量是影响夏、秋和冬季泉水中细菌丰度变化的主要因子。在监测期内,还利用末端限制性酶切片段长度多态性技术(T-RFLP)及BIOLOG生态板细胞表型检测技术(BIOLOG-ECO),综合监测期内泉水水文地球化学指标数据和新疆地区4次有代表性的震例,从分子水平和细胞代谢水平分析受地震影响前后乌鲁木齐10号泉水体微生物群落结构、群落活性和细胞表型多样性变化规律。T-RFLP分析的结果表明,T-RFs大小为91bp、129bp、305bp和454bp所代表的细菌类群是4次震例中的共有类群,它们在地震前后的异常波动显示了它们可能是对地震活动敏感的细菌类群,未来可用于检测地震发生的指示类群。冗余度分析(RDA)表明,泉水中产生的气体总量(Gas)和泉水电导率(EC)是影响泉水细菌优势类群变化的关键因素。BIOLOG-ECO的分析表明,泉水中的微生物可以以甘氨酰-L-谷氨酸为主要底物而生长,而D-半乳糖酸-γ-内酯和D-半乳糖醛酸这两类化合物是导致泉水微生物底物代谢差异的敏感底物。综上所述,本研究结果将为地震监测预报提供新的监测指标和思路,为提高地震预测的准确率提供补充和参考,为以微生物监测、预测地震活动奠定基础。