多环芳烃（Polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs）是一类含有两个或两个以上苯环结构的典型有机污染物，多来源于石油生产、化石燃料的燃烧、煤炭加工等。因其结构稳定、疏水性强、难降解、土壤附着能力强，且具有较强的致癌性，致畸性和致突变性的“三致”效应，对人类健康和生态环境构成严重的威胁。　　土壤对有机物具有较大的吸收和降解能力，是PAHs最为重要的汇。与其他环境一样，土壤PAHs的降解也主要通过微生物的代谢作用来完成。土壤微生物不仅是PAHs自然消除和转化的重要参与者，同时它们也是有机或无机物污染压力下土壤质量评估的重要参考指标。但微生物多样性及其群落结构对PAHs污染的响应机制迄今还不十分明确。因此，本研究首先选择具有50多年油气开发历史的江汉油田附近的农田土壤样品为研究对象，探索微生物群落结构与土壤PAHs含量之间的关系以及油田土壤中苯系物厌氧降解微生物的多样性；随后，选择典型PAHs-蒽，通过添加蒽的厌氧土壤微宇宙培养实验，探究厌氧条件下蒽的添加对反硝化微生物活性及丰度的影响；最后，选择上述培养实验中的部分典型土壤处理，通过Illumina Miseq测序对其细菌的多样性及群落组成进行解析。旨在研究土壤微生物对PAHs胁迫的响应，并为PAHs污染土壤的风险评估和微生物修复提供一些有用的微生物信息，还可以为进一步深入研究PAHs厌氧代谢的微生物机理打下基础。主要研究结果如下：　　1、油田区农田土壤容易受到PAHs污染，从江汉油田的7个油井口附近的农田中采集了7个土壤样品（编号：OS-1至OS-7）。测定各样品的基本性质及PAHs含量，并通过Illumina MiSeq测序解析了各土壤样品中细菌和古菌的群落结构，进而探讨土壤PAHs含量与细菌及古菌群落结构之间的关系。结果表明，土壤PAHs含量在0.18~0.88 mg·kg-1之间，PAHs污染程度较低。土壤样品中细菌和古菌的Chao1指数与土壤PAHs含量呈显著负相关，但只有细菌Shannon指数与土壤PAHs含量呈负相关。此外，Mantel相关分析的结果也表明，细菌的群落结构与土壤PAHs含量显著相关（r2=0.9001, p=0.013），而古菌的群落结构与土壤PAHs含量没有显著相关性（r2=0.4553, p=0.262）。与低PAHs含量的土壤样品相比，PAHs含量较高的土壤样品（OS-3和OS-5）中，放线菌门中的分枝杆菌属和微单孢菌属，变形菌门中的假单胞菌属、溶杆菌属、草酸杆菌属等，以及古菌中的广古菌门具有较高的相对丰度。这些结果表明，土壤PAHs污染对土壤细菌和古菌群落具有明显的影响和选择性。此外，与古菌相比，细菌对土壤PAHs污染更为敏感，并且细菌的多样性指数和群落结构均可能是评估土壤生态系统受 PAHs胁迫程度的重要参考指标。　　2、油田区土壤易受烃类物质影响并可能富集了特异的石油烃厌氧降解微生物。因此，在上一章对该油田区土壤中细菌及古菌群落结构进行全面解析的基础上，本章以石油烃中苯系物厌氧代谢的关键功能基因-bssA（苯甲基琥珀酸合成酶基因）作为分子标识物，通过克隆文库结合末端限制性片段长度多样性（Terminal-Restriction Fragment length polymorphism, T-RFLP）的方法，研究该油田区土壤含bssA基因的烃类厌氧降解微生物群落结构，并探讨其环境驱动机制。从上述7个土壤样品的5个中（OS-3至OS-7）成功扩增到bssA基因，T-RFLP的分析表明不同土壤样品中的bssA基因多样性差异明显，PAHs含量最高土壤中bssA基因多样性最高，其优势bssA基因类群与硫酸盐还原菌或地杆菌有较近的亲缘关系。冗余分析（Redundancy analysis, RDA）进一步表明，土壤硝态氮、有效磷、PAHs含量均是影响 bssA基因多样性的重要因子。上述结果表明：江汉油田区典型农田土壤中含有bssA基因的主要细菌类群为β-变形菌和δ-变形菌，并与地杆菌属（Geobacter）、索氏菌属（Thauera）和固氮菌属（Azoarcus）具有较近的亲缘关系。这些微生物可能通过与硝酸盐、硫酸盐及铁还原过程相偶联，厌氧代谢土壤中的油气类有机污染物。　　3、研究内容2的结果表明，油田土壤中的bssA菌群可能通过与硝酸盐还原等厌氧过程相偶联来代谢土壤PAHs。因此，本章以反硝化相关的narG（硝酸盐还原酶）、nirK（Cu-亚硝酸还原酶基因）和 nirS（细胞色素 cd1-亚硝酸还原酶基因）以及 bssA基因为分子标识，通过定量 PCR的方法，进一步探究添加典型 PAHs-蒽和硝酸根的土壤厌氧微宇宙培养实验中土壤反硝化微生物活性及丰度对 PAHs污染的响应。实验设置2个硝酸根浓度（0、30 mg·kg-1）和3个蒽浓度（0、15、30 mg·kg-1），共6个处理（编号：N0A0、N30A0、N0A15、N30A15、N0A30、N30A30），厌氧条件下，25℃恒温避光培养，并在培养的第3、7、15和45天取样测定N2O和 CO2的产生速率（分别表征土壤微生物的反硝化酶活和呼吸速率）以及各基因丰度。结果如下：各处理中土壤微生物的反硝化酶活（Denitrification enzyme activity, DEA）在第3d时最高，N2O的产生速率为135.63~445.34 ug·kg-1干土·h-1，蒽的添加能够显著提高土壤微生物的 DEA，且在添加蒽的处理中，NO3-的添加能够显著提高土壤微生物的DEA，而在之后的各取样天，各处理中几乎检测不到N2O的产生。培养初期（3、7和15d），各处理土壤中微生物的呼吸速率无显著性差异，而第45d时，添加蒽的各处理土壤中CO2产生速率显著高于未添加蒽的处理。功能基因的定量结果表明蒽的添加能够显著提高土壤中narG和nirS基因的丰度，对nirK没有明显的影响，但是能够降低土壤中bssA的基因丰度。本实验中，蒽的添加是影响土壤反硝化微生物活性及丰度的主要因素，而硝酸盐的添加对其影响不明显。　　4、为了进一步探究厌氧条件下土壤细菌多样性及群落结构对蒽的响应，以研究3中厌氧培养45d的处理N0A0、N0A15、N0A30和N30A30中的土壤样品为研究对象，通过Illumina MiSeq测序解析这些土壤样品中的细菌群落结构。细菌多样性指数结果表明，添加蒽的处理N0A15、N0A30和N30A30土壤样品中细菌的Chao1指数和 Shannon指数均小于处理 N0A0。各土壤样品中的优势细菌门为变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexi）、厚壁菌门（Firmicutes）等。相较于处理N0A0，添加蒽的土壤样品中变形菌门（Proteobacteria）的相对丰度增加，而放线菌门（Actinobacteria）、酸杆菌门（Acidobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）和硝化螺旋菌门（Nitrospirae）的相对丰度均有不同程度的降低。基于属水平的分析发现，处理 N0A0中 Methylophilaceae的相对丰度仅为0.06％，而添加蒽的各处理中Methylophilaceae相对丰度达40%以上，这个结果表明蒽的添加使Methylophilaceae得到巨大的富集。它可能在蒽的厌氧生物降解过程中发挥着重要的作用。主成分分析（Principal component analysis, PCA）的结果也表明，蒽的添加是影响土壤中细菌群落组成的主要因素。