油藏地质氮循环高温厌氧氨氧化过程及其环境响应机制

油藏环境具有特殊的地质微生物生态系统，氮循环是微生物代谢功能的关键途径，高温厌氧氨氧化细菌和氨氧化古菌是新发现的氨氮降解菌种，研究油藏中这两种菌群的结构和功能，将会加深地质环境氮循环的基本认识。本课题针对高温水驱油藏地质微生物生态系统，引入分子生态学方法，研究氮循环过程关键功能菌群及其环境响应机制，揭示油藏环境微生物群落的演替规律，探索油藏地质条件下高温厌氧氨氧化细菌和氨氧化古菌多样性、生态分布和相互关系，获得高温厌氧氨氧化细菌和氨氧化古菌的新菌株和新基因。运用地球化学、微生物分子生态学等多学科交叉的研究方法，探索油藏地质环境关键功能菌群控制活性氮转化的作用机制及氮循环途径和微生物种群变化的环境响应机制，揭示"油藏氮循环－地球化学变化－微生物代谢"偶联关系，深化地球微生物氮循环网络途径的理解。

厌氧氨氧化(Anaerobic ammonia-oxidation, anammox)细菌、氨氧化古菌(ammonia oxidation archaea, AOA)和氨氧化细菌(ammonia oxidation bacteria, AOB)在地下高温油藏环境中的作用了解还比较有限。本课题结合分子生态学方法和地球化学方法研究了油藏环境中的Anammox、AOA和AOB多样性、丰度和群落功能情况。结果表明大多数菌种类型与厌氧氨氧化菌种Candidatus Brocadia，Candidatus Kuenenia，Candidatus Scalindua和 Candidatus Jettenia相似性较高。总细菌浓度和anammox细菌浓度分别达到 6.4 ± 0.5 × 103~2.0 ± 0.18 × 106 cells ml-1和 6.6 ± 0.51 × 102 ~4.9 ± 0.36 × 104 cell ml-1。16S rRNA基因文库中cluster I的序列类型和hzo基因文库cluster II的序列类型与已知的Candidatus Scalindua菌株相似性小于92%，推测这些序列类型可能是属于新的菌种类型，命名为Candidatus ‘Scalindua sinooilfield’。 .油藏中AOA菌种类型主要分成两个分支A和B，分别与来自海洋、沉积物和土壤环境的AOA菌种类型相似。AOB菌种类型主要分成Nitrosospira和Nitrosomonas分支，。AOA和AOB菌种的丰度在不同油藏环境中分别从2.92 × 103 cell/ml到9.21 × 104 cell/ml和从2.91 × 102 cell/ml到8.12 × 103 cell/ml，AOA浓度对AOB浓度的比值为5.10到95.5。统计分析表明，不同油藏环境的amoA基因类型主要分成五个部分，其分布主要与温度和开发方式等环境因子有关。本研究结果拓展了anammox细菌在高温油藏环境中的存在和分布信息，说明anammox细菌在地下高温油藏生态环境中的氮循环过程中可能具有重要作用，也为进一步了解高温油藏环境中的AOA和AOB菌群分布提供了支撑。