微生物驱动着重要的生物地化循环,与自然环境中的多种污染物的转化与去除都存在密切的关系。自然界中微生物以群落形式存在,因此研究受污染环境中的微生物群落结构及其转化相应污染物的功能类群十分重要,它不仅能够让我们了解哪些微生物与功能基因参与到了污染物的转化过程中,还能了解污染物的最终归趋,为污染治理提供理论基础。组学技术和高通量测序等技术的不断发展为从群落水平上深入研究微生物的群落结构、功能及相互作用关系提供了更多可能。然而目前针对不同类群的研究还存在多种亟待解决的问题。为此,本研究分别以真菌和细菌为研究对象:对于真菌研究中引物评价不规范及引物选择不统一的问题,构建了引物全面的评价体系,并考察了不同ITS区域引物的扩增特性;对于细菌群落研究中缺乏功能基因数据库及功能基因多样性不明的问题,建立了全新的环羟化双加氧酶功能基因数据库,分析了功能基因的多样性,对现有引物进行了系统评价。在此基础上探究了真菌和细菌群落在芳烃胁迫下群落多样性、功能及相互作用关系上的演替规律,及群落在结构与功能上的稳定性机制。并进一步探讨了细菌-真菌跨域相互作用关系及他们在协同降解污染物中的作用。主要研究内容如下:对于三对广泛使用或新设计的真菌ITS区域引物,分别采用in silico模拟,两套人工模拟样本及两类环境样本,系统的考察了引物的扩增特性。In silico结果表明不同引物得到的物种组成有显著的不同。通过扩增均匀和梯度模拟群落,发现不同引物得到的嵌合体和错配序列比例显著不同,得到的物种组成也不同。环境样本进一步发现引物比实验处理对群落组成及多样性的影响更大。三对引物中5.8S-Fun/ITS4-Fun可更准确地捕捉真菌多样性,且对于环境样本来说,仅在5.8S-Fun/ITS4-Fun结果中观察到了对照与处理的显著性差异,表明了其高度的敏感性和特异性。该研究揭示了多种评价方法的必要性,以及引物如何决定所观察到的真菌群落多样性和组成,对今后实际研究中引物的评价和选择具有重要指导意义。采集污水处理厂活性污泥样本并构建三组序批式反应器,分别单独添加苯、萘及共同添加苯和萘,考察真菌群落在持续芳烃胁迫下的多样性,功能及相互作用的演替规律,探究群落水平上降解功能的变化以及维系群落功能稳定性的内在机制。结果表明,在不同芳烃胁迫下,真菌群落的多样性、功能特征和网络性质表现出较为一致的演替规律。随着芳烃的添加,多样性呈现明显的下降趋势,群落间差异随着时间的推移而增大。群落构建过程逐渐由随机性向确定性过程转化。一些降解功能属如Exophiala、Candida和Fusarium的相对丰度增加,漆酶、过氧化物酶、单加氧酶和双加氧酶可能在生物降解过程和群落水平的整体多功能性中发挥重要作用。芳烃存在时真菌群落内部合作行为与更有组织的网络结构共同维持了活性污泥中真菌群落在结构和功能上的稳定性。收集已知细菌中芳环羟化双加氧酶α亚基蛋白序列,经质控后得到种子序列。在此基础上建立了全新的芳环羟化双加氧酶功能基因数据库,分析了功能基因的多样性,并对现有引物的覆盖度进行评估。结果表明,最终筛选得到的种子序列共103条,包含了72个细菌属,34个基因,17种底物。种子序列广泛的物种分布及底物类型初步表明了环羟化双加氧酶α亚基的高度多样性。最终构建的数据库中高度可信序列数有6368条,为原始种子序列数的61.8倍,共包含407个不同的细菌属和38种不同的底物。数据库中加氧酶作用的底物和存在的物种之间呈现错综复杂的多对多联系。同一个属具有降解多种芳烃的能力,且同一芳烃可以被多种细菌所降解。根据构建的数据库进行了引物评价,结果表明目前已经报道的引物覆盖度都比较低,且简并度普遍比较高。未来应用高通量测序技术探究各种环境中芳烃降解潜力还存在巨大的挑战。考察细菌群落在芳烃持续压力下的多样性,功能及相互作用的演替规律,并进一步探究细菌-真菌跨域网络结构变化,揭示二者在协同降解污染物中发挥的不同作用。结果表明,在不同类型芳烃的持续胁迫下,细菌群落的多样性、功能和网络性质发生了较为一致的演替,且规律与真菌群落比较一致。多种降解菌的相对丰度出现了上升。功能预测结果表明相关降解基因的丰度不断增加。网络分析表明,虽然真菌和细菌都维系了群落结构和功能上的稳定,但两者内在机制不同。真菌内部正相互作用的增加,物种间的合作关系对群落稳定性起到重要作用。而对于细菌,其对芳烃耐受性较低,环境过滤效应导致了生态位分化,并进一步维持了群落整体的稳定性。细菌-真菌跨域网络结果表明,随着实验进行,跨域网络中真菌的作用越来越重要。Proteobacteria和Ascomycota分别是细菌和真菌中维系结构和功能最重要的物种。