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氨氧化古菌（AOA）的发现打破了氨氧化过程仅由氨氧化细菌（AOB）完成的这一传统认识,是微生物氮循环过程的新内容。AOA被认为是中层和深层海洋中数量最为丰富的原核生物之一,在海洋中分布广泛,是海洋环境中氨氧化作用的主导者。近来的研究表明,AOA可以通过3-羟基丙酸/4-羟基丁酸循环途径进行自养固碳,是海洋环境（尤其是深层海洋）中初级生产力的重要贡献者。AOA在海洋碳、氮生物地球化学循环中扮演着重要的角色。1)基于目前已通过分离纯化或富集培养得的34株氨氧化古菌菌株的amoA基因作为种子序列,以及收集功能基因数据库中的环境样品amoA基因序列信息,构建氨氧化古菌amoA基因参考数据库。通过两两比对获得的菌株间amoA基因相似度与16S rRNA基因相似度的相关性分析,确定amoA基因在种水平上的相似性阈值。构建了含有26091条序列信息的古菌amoA基因参考数据库,确定了89%为AOA amoA基因在种水平上的相似性阈值。基于MOTHUR平台建立起了基于amoA基因高通量测序分析氨氧化古菌多样性的方法。2)选取南海一个断面不同深度水体样品作为研究对象,通过针对氨氧化过程的关键酶基因amoA基因以及自养固碳过程3-HP/4-HB循环的关键酶基因accA基因,利用qPCR技术及高通量测序技术,对南海深海水体中AOA的生态分布及自养固碳潜能进行了分析。基于研究结果:（1）明晰了南海水体中AOA的空间分布特征:AOA主要分布在深度≥75m的水体中,而深度<75m的水体中AOA丰度极低。南海水体中的AOA均属于氨氧化古菌中的Group I.1a（海洋簇）,表层水体中AOA主要属于Nitrosopelagicus属,而深层水体中的AOA归属于未知菌属（Unclassified）。AOA的种群结构在地理位置上差异较小,但在水体垂直深度上差异较大。（2）阐明了南海水体中氨氧化古菌的生态功能:AOA是南海水体中氨氧化反应的主要驱动者,自养AOA是南海水体中（尤其是深层海洋水体中）初级生产力的重要贡献者。南海深海水体中AOA具有更强的固碳需求,而表层的AOA并不是完全自养。综合来看AOA在南海水体中氨氧化过程以及对深海初级生产力的贡献中都发挥着重要作用。（3）揭示了海洋氨氧化古菌的生态位分化现象:amoA基因与accA基因在系统发育树上均分为两大簇:Shallow cluster和Deep cluster,属于Shallow cluster的类群与属于Deep Cluster的类群出现生态位分化现象,Shallow cluster主要分布在表层水体,而Deep cluster分布在深层水体。随着深度增加,Shallow cluster相对丰度逐渐下降,Deep cluster相对丰度逐渐增加。深度以及随着深度梯度变化明显的环境因子（盐度、温度、NO3-浓度、溶解氧浓度等）,共同造成了AOA amoA基因与AOA accA基因在不同深度范围水体中生态位分化现象。综合研究结果表明:本文建立了基于amoA基因高通量测序的氨氧化古菌多样性分析方法,并基于qPCR技术与高通量测序技术,以南海一个断面的不同深度水体样品作为研究对象,对南海深海水体中AOA的生态分布与自养固碳潜能进行了分析。研究结果明晰了海洋水体中AOA的生态分布及生态功能,揭示了AOA在海洋生态系统中的重要地位。