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油气藏中的轻烃气体在压力作用下垂直向上运移至土壤表层,导致该环境中以轻烃为碳源和能源的微生物异常富集。研究轻烃微渗漏环境中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。本研究采集了我国不同地理位置的4个陆地油田及1个陆地气田上方土壤样品,在系统分析比较了其理化性质的基础上,采用Illumina MiSeq高通量测序深入分析了各油气藏环境中细菌群落多样性及组成特征。由于C1～C4轻烃中丁烷受人为活动影响少,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。采用12C-丁烷富集培养研究了轻烃微渗漏土壤样品中丁烷氧化菌群落组成并进一步用13C-丁烷为底物的DNA-SIP技术进行验证。通过构建可溶性双铁单加氧酶(SDIMO)基因克隆文库,研究了油气田环境中轻烃降解功能基因的多样性及组成特征。获得的主要结果如下:1.轻烃微渗漏环境油气田样品细菌多样性明显高于对照样品,且主要与含水量、氮、磷等环境因子相关;丁烷富集培养显著提高了普光气田样品中细菌多样性。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的影响不大。表明轻烃微渗漏环境不同于典型的石油污染环境。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。丁烷培养进一步富集了Mycobacterium、pseudonocardia,同时也使Rubrivivax、Hydrogenophaga等类群丰度增加,而且在江汉样品中Rhodococcus、Nocardioides、Polaromonas等丰度增加,普光样品中Variovorax、Alcanivorax等丰度增加。3.进一步对普光气田样品利用13C-丁烷为底物的DNA-SIP技术研究了丁烷氧化菌组成。结果显示普光气田样品中Nocardioides、Pseudonocardia利用了 13C-丁烷,Mycobacterium虽未被明显标记,但仍为优势类群;对照样品中Mycobacterium、Nocardioies被13C标记,进一步证实了其丁烷氧化能力。同时发现了大量未报道的具有丁烷氧化能力的细菌,如Variovorax、Sphingomonas 等。4.SDIMO基因克隆文库结果显示,油气田样品SDIMO基因多样性高于对照样品,说明该基因多样性对油气田环境具有一定的指示作用。获得的SDIMO克隆主要与未培养菌株的SDIMO及四氢呋喃单加氧酶(ThmA)编码基因序列相似性较高。经丁烷富集培养后的油气田样品中与Mycobacterium sp.TY-6的PrmA相似性较高的克隆比例均大幅增加,普光气田样品中与Mycobacteriumbrisbanense、Pseudonocardiaacaciae的甲烷单加氧酶(Mmo)序列相似的克隆比例增加。以上结果表明,油气藏轻烃环境细菌多样性及SDIMO基因多样性较高,具有作为微生物油气勘探辅助指标的潜力;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。研究结果拓展了对轻烃微渗漏环境中细菌群落结构特征的进一步认识,发现了可用作微生物油气勘探的潜在生物指标,为改进微生物油气勘探技术提供了科学依据。