油气田土壤丁烷氧化菌群落组成及其分子探针的研究

An effective method of prospecting for new reservoir of gas and petroleum is becoming a pressing and important task, along with the sharp increase of oil and gas consuming. Related research showed butane was the most specific one among C1-C4 light hydrocarbons, for it is impacted by human at the lowest level and come from oil and gas field only. However, neither community characteristic of buane oxidation bacteria nor butane monooxygenase gene was greatly reported in research papers till now. This research focuses on five representative oil and gas field soil samples as the research object to analyze the community characteristics of butane degradation bacteria, with the combination of two analytical methods (Stable isotope probe and 16S rRNA gene clone library). Meanwhile, we will clone the butane monooxygenase gene (bmoX) sequence to get molecular probes for detecting butane oxidation bacteria. Experiment results will lay a foundation for indicate the relationship between the oil and gas field distribution and butane oxidation bacteria community composition characteristics. A molecular chip will also be designed as used for detect bmoX gene in the same sample. This research could lay an important theoretical basis for the development of Microbial prospecting technology of oil and gas.

随着全球石油、天然气消耗的急剧增加，加强油气资源勘探工作，建立快速、有效、灵敏的新型油气勘探技术以寻找新的油气资源成为当务之急。研究表明C1-C4轻烃气体中，丁烷受人为影响较少且主要来源于油气藏，采用丁烷氧化菌作为研究对象对油气渗漏最有指示性。但目前对油气田土壤丁烷氧化菌群落特征的研究及丁烷单加氧酶基因的了解基本处于空白。本研究拟以5个代表性陆地油气田土壤为研究对象，利用稳定同位素13C标记和16S rRNA基因克隆文库相结合的方法，分析油气田土壤丁烷氧化菌群落特征，以明确油气藏与丁烷氧化菌群落组成的关系；同时克隆已分离菌株丁烷单加氧酶bmoX基因保守序列，通过比对分析确定可用于检测丁烷氧化菌的分子探针。预期研究结果将有助于揭示油气田土壤中与丁烷氧化直接相关的微生物群落组成特征，并从丁烷氧化菌出发，探索设计可用于针对油气田土壤基因芯片的分子探针，为发展微生物油气勘探技术奠定理论基础。

研究油气藏轻烃微渗漏环境中土壤微生物群落及轻烃氧化相关功能基因的组成特征, 能为微生物油气勘探提供可靠的生物指标。C1 ~ C4轻烃中丁烷主要来源于油气藏，表层土壤中丁烷氧化菌的异常富集对油气藏的指示更具有特异性。本研究采集了我国不同地理位置的4个陆地油田及1个陆地气田土壤样品, 在系统分析了其理化性质的基础上, 采用Illumina MiSeq高通量测序结合DNA-SIP技术分析了油气藏环境中细菌群落特征及丁烷氧化菌的群落组成。通过构建克隆文库研究了油气田环境中轻烃降解基因bmoX和SDIMO基因的多样性特征。以获得的bmoX基因探索开发了轻烃氧化菌检测的分子探针。获得如下结果：1. 轻烃微渗漏环境油气田样品细菌群落结构主要受理化因子影响, 地理位置及石油烃含量影响不大。油气田样品的细菌多样性明显高于对照样品，这一特征具有作为微生物油气勘探辅助指标的潜力。2. 油气田样品中变形菌门的相对丰度高于对照样品, 其中γ-变形菌纲为最优势类群。在属水平上, 油气田样品显著富集了Mycobacterium以及Nocardia, Pseudonocardia, Iamia等属的细菌在大部分油气田样品中也明显富集。3．以DNA-SIP技术对普光气田样品中丁烷氧化菌组成的研究表明，气田样品中Nocardioides和Pseudonocardia可以利用13C-丁烷；对照样品中Mycobacterium和Nocardioides被13C标记。表明Mycobacterium与Pseudonocardia可作为油气藏比较“普适”的指示菌, 而Nocardioides可应用于某些特定区域的油气藏指示菌。4. 油气田样品中bmoX和SDIMO基因多样性高于对照样品，而且经丁烷富集后与Mycobacterium sp. TY-6的PrmA相似的克隆大幅增加。5. 克隆获得了31条bmoX基因序列。以获得的bmoX基因设计获得12对可检测丁烷氧化菌的探针，经用丁烷氧化菌和普光气田土壤验证，初步获得油气田丁烷氧化菌检测的分子探针。研究结果拓展了对轻烃微渗漏环境中细菌群落结构及轻烃降解功能基因的进一步认识, 发现了可用作微生物油气勘探的潜在生物指标, 为建立和改进具有我国自主知识产权的微生物油气勘探技术提供了科学依据及技术基础。