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注水油藏系统中石油烃生物降解产甲烷过程一直是环境微生物学和生物地球化学关注的基础问题之一。在实验室环境下通过富集培养以及分子生物手段，人们获得了大量关于注水油藏系统烃生物降解过程的信息。但是，目前对于注水油藏系统原位条件下石油烃生物降解途径和微生物活性的认知还很匮乏。本文分别采用克隆建库手段和基于二代测序技术的宏组学测序手段，研究了不同油藏环境样品中的微生物群落结构与功能以及石油烃生物降解途径，取得了以下4个方面的新成果。 通过宏基因组测序分析的方法得到了三口油井中的菌群结构信息，并且基于16SrRNA基因的分析和基因组的分析得到了一致的群落组成。其中细菌占据主要地位，属于Proteobacteria、Firmicutes以及Thermodesulfobacteria。古菌的丰度和多样性都较低，只检测到Archaeoglobus和Methanosaeta这两个属。另外，油藏产出液样品中高丰度的微生物属于好氧细菌，如Pseudomonas、Acinetobacter和Marinobacter。宏转录组的基因组丰度分析表明，Pseudomonas、Acinetobacter、Archaeoglobus和Methanosaeta等好氧菌和厌氧菌在注水油藏系统中都有着较高的转录活性，同时还发现部分细菌没有转录活性，如Thermodesulfobaeterium和Shewanella。此外，还从样品宏基因组和另一个高温热泉样品的宏基因组中分离得到两个代表Archaeoglobus新种的基因组，基于基因组的功能注释分析、产甲烷功能基因的系统发育进化分析以及催化产甲烷酶的蛋白模型分析，证明了该类微生物具有将复杂化合物转化为甲烷的潜力。 分析了三口油井产出液样品宏基因组中与石油烃降解相关的功能基因，在Acinetobacter相关基因组Bin1中发现了编码烷烃单加氧酶的基因alkB和almA，以及其它相关功能基因，表明Bin1具有好氧降解中长链烷烃的能力。同时在Archaeoglobus相关基因组Bin9中找到了和assA高度同源的pflD基因，结合Bin9中同时检测到的烷基琥珀酸代谢的下游基因，推测Bin9可以通过富马酸加成的方式来进行长链烷烃的厌氧降解。另外，采用烷基琥珀酸合成酶α亚基编码基因（assA）文库分析的方法，研究了三个注水油藏产出液样品中assA的多样性，结果发现油藏中蕴含着丰富的烷基琥珀酸合成酶编码基因。结合产出液中检测到的富马酸加成反应的中间代谢产物，提示富马酸加成途径是油藏中厌氧烃降解的主要途径。 对油藏产出液的基因组分析结果以及宏转录组进行分析，发现注水油藏体系中同时存在着有活性的好氧石油烃生物降解过程和厌氧石油烃生物降解过程。其中，好氧烃降解主要由细菌Acinetobacter通过在烷烃末端加上氧原子得到氧化并转化为对应的醇、醛和脂肪酸，最终进入β氧化代谢为二氧化碳来完成的;而古菌Archaeoglobus参与富马酸加成途径的厌氧烃降解过程，并在产甲烷条件下通过乙酸传递或者直接电子传递的方式和Methanosaeta建立共生关系来完成的。针对油藏宏基因组中分离得到的7个高完整度基因组，按照相关菌信息分成好氧群和厌氧群两组，分别分析了每组中基因组的氨基酸和维生素的合成途径，发现每组组内微生物普遍存在营养缺陷现象，并且组内微生物的营养合成能力可以基本互补，说明微生物的群落结构受生长因子依赖的影响。 分别采用模拟PCR扩增已测序古菌基因和油藏样品PCR克隆建库的手段，比较了16S rRNA基因和thermosome作为分子条码对古菌群落结构分析的效果。基于模拟PCR的研究结果表明，thermosome相对于16S rRNA基因具有更大的分子条码间隔，证明了thermosome作为条形码基因有着更高的种间分辨率。基于PCR克隆建库的研究发现，在相同测序数量下thermosome克隆文库中有更多的OTU，并且发现thermosome文库和16S rRNA基因文库所检测到的微生物可以互补。证明结合thermosome和16S rRNA基因作为分子条码的手段可以得到更加全面的微生物多样性信息。