油田区土壤微生物功能标记基因的地理分异性研究

开展石油污染场地生态环境评价及生物修复，必须基于对污染场地生态系统物质循环及生物学作用的全面认识。油田土壤微生物作为土壤生态系统的重要生物类型，在污染物分解转化与物质循环中发挥着重要作用。微生物降解污染物的过程，是在一系列酶催化作用下完成的，研究编码酶的功能基因，是联系微生物群落结构与生态功能的重要途径。本项目拟研究我国油田区土壤微生物功能标记基因组，建立油田区土壤微生物群落结构演变与功能表征之间的关系；利用功能基因芯片、454测序等高通量的宏基因组学技术，识别油田土壤微生物功能标记基因组的多样性分布规律，评价不同地理气候区油田土壤微生物降解烃类物质的功能；基于微生物生物地理学理论体系，研究油田土壤微生物功能标记基因的地理分异特征；识别油田土壤微生物地理分布格局的影响因素及内在机制。研究成果对于开发油田土壤微生物资源，为我国不同地理气候区油田因地制宜地开展污染土壤生物修复提供理论依据。

开展石油污染场地生态环境评价及生物修复，必须基于对污染场地生态系统物质循环及生物学作用的全面认识。油田土壤微生物作为土壤生态系统的重要生物类型，在污染物分解转化与物质循环中发挥着重要作用。本项目对我国典型石油开采区土壤理化性质及污染特征进行了全面的分析，在此基础上，利用高通量功能基因芯片技术对土壤微生物功能基因组进行了系统的研究。研究结果表明，我国主要石油开采区土壤石油污染严重，土壤理化性质差异显著。在长期石油污染胁迫下，微生物功能基因丰度、Shannon多样性指数（α多样性）和区域基因容量（γ多样性）显著下降。污染土壤与未污染土壤微生物都表现出显著的空间相关性（距离衰减关系），但污染显著降低了距离衰减关系的斜率，即降低了微生物的β多样性。进一步分析表明这种变化可能是由于石油污染强化了环境选择作用，降低了微生物的区域异质性。利用随机矩阵方法构建了油田区土壤微生物功能基因的分子生态网络，污染土壤和未污染样品差异显著，网络大小、连通度、模块数及模块性在石油污染胁迫下显著降低。此外，污染土壤中分子生态网络中起拓扑作用的基因（模块枢纽Module hubs、连接器Connectors、网络枢纽Network hubs）也与未污染土壤显著不同。本项目进一步详细比较了我国典型酸性和盐碱性石油污染土壤油田微生物功能基因组，表明盐碱性的油田污染土壤微生物可能具有较低的氮磷利用能力及有机污染物降解能力。研究成果对于开发油田土壤微生物资源，为我国不同地理气候区油田因地制宜地开展污染土壤生物修复提供理论依据。