水污染问题和空气污染问题已经成为人们关注的环境热点问题。作为应用最广泛的生物处理方法之一，活性污泥法对于污水的处理效果主要取决于其中细菌的群落结构和功能。目前，关于实际污水处理厂(Wastewater Treatment Plants，WWTPs)中细菌群落结构、功能及其与环境因子之间关系的研究仍然很有限。此外，实际WWTPs中氨氧化细菌(Ammonia-Oxidizing Bacteria，AOB)和氨氧化古菌(Ammonia-Oxidizing Archaea，AOA)的活性及其对氨氧化作用的相对贡献仍不清楚。　　细颗粒物(particulate matter with nominal mean aerodynamic diameters of≤2.5μm，PM2.5)是空气污染的主要污染物，且氨气排放量的增加，能够加速空气污染。目前，关于空气污染的研究主要集中于PM2.5的物理、化学成分，对其中生物组分的研究较少。细菌和真菌是空气微生物的主要成分，在空气中广泛存在且丰度高。探究空气微生物的多样性和分布特征，对于探索区域雾霾与其相关的微生物的内在联系具有重要作用。　　本研究选取污水生物处理系统和PM2.5作为研究对象，探究这两类典型环境中微生物的群落结构、功能与活性。论文用到的主要研究方法包括:高通量测序技术（high-throughput sequencing）、PICRUSt(phylogenetic investigation ofcommunities by reconstruction of unobserved states)、稳定同位素核酸探针技术(DNA-based stable isotope probing，DNA-SIP)、实时荧光定量PCR(quantitativepolymerase chain reaction，qPCR)和多种统计方法。主要研究结果如下:　　1)研究了某实际WWTP活性污泥中细菌群落和功能的季节变化，结果表明:持久性细菌出现在每个季节中，而间歇性和瞬时性细菌多分布在秋季和冬季;与间歇性和瞬时性细菌相比，持久性细菌的多样性较低但是相对丰度很高。亚硝化单胞菌属、硝化螺菌属、脱氯单胞菌属和陶厄氏菌属是活性污泥中优势的硝化和反硝化菌属，且在WWTP中发现了一步式氨氧化菌(complete ammoniaoxidizers，Comammox)的存在。微丝菌属和双歧杆菌属分别是主要的潜在致膨胀和泡沫的微生物。水质参数也是引起细菌群落变化的重要环境变量，其贡献为13.40％。功能的稳定性与细菌群落结构的稳定性存在一定联系。　　2)研究了16个不同水质类型、不同地理位置和不同工艺的实际WWTPs中细菌群落结构与功能的差异，结果如下:不同WWTPs中细菌多样性和群落结构差异较大，但其丰度相对较稳定;在不同WWTPs中发现了12个核心细菌属（如硝化螺菌属、生丝微菌属、梭菌属、分支杆菌属和陶厄氏菌属等）和12类功能菌（如硝化细菌、反硝化细菌、聚磷菌、有机物降解菌、多环芳烃降解菌、污泥膨胀菌、污泥发泡菌等）;细菌群落结构与功能相互依赖，且水质参数是造成细菌群落改变的主要因素，其贡献为12.54％，其次为地理位置(7.90％)和运行参数(4.73％)。　　3)探究了两个序批式反应器(Sequencing Batch Reactor，SBR)好氧颗粒污泥(Aerobic Granular Sludge，AGS)形成过程中细菌群落和功能的动态变化，结果表明:污泥颗粒化前期细菌多样性保持稳定，而在后期细菌多样性明显降低;污泥颗粒化过程中细菌群落结构和功能是不断变化的，AGS的群落结构和功能与种泥差异很大;种泥中的低丰度属随着颗粒化过程成为AGS中的优势属，如弓形杆菌属、不动杆菌属、乳球菌属、黄杆菌属等，对于AGS的形成及稳定具有重要作用，而种泥中的优势属不断被淘洗出反应器。　　4)研究了两个实际WWTPs中活性氨氧化微生物的时间异质性。结果表明:实际WWTPs中，AOA和AOB均参与了氨氧化作用，并存在时间异质性;对13C-DNA的测序结果表明:Candidatus Nitrososphaera evergladensis和Nitrososphaera sp.JG1是两个WWTPs中活性AOA的主要种属;Nitrosomonasoligotropha是优势的活性AOB，其次是Nitrosomonas sp.PY1，其时间异质性不明显。　　5)研究了温度对于实际WWTPs（X-WWTP和W-WWTP）中氨氧化微生物活性的影响。研究结果表明:温度能够影响WWTPs的原位氨氧化微生物活性及其分布:在X-WWTP中，Nitrososphaera sp.JG1和Ca.Nitrososphaera evergladensis分别是低温和中高温条件下的活性AOA;而在W-WWTP中，中高温条件下，Ca.Nitrososphaera evergladensis是优势活性AOA;温度对于活性AOB的种属具有明显的影响:中温条件有利于属于Nitrosomonas marina和N.oligotropha的活性AOB生长，而高温条件下N.communis的比例明显增加。　　6)探究了京津冀6个城市PM2.5中细菌群落组成和丰度，结果表明:京津冀的6个PM2.5样品的平均丰度为1.19×105细胞数/m3空气;变形菌门、蓝藻菌、放线菌门和厚壁菌门是PM2.5中细菌的优势门;在6个PM2.5样品中发现了18种常见的潜在致病菌物种，占总序列数的3.61％，其中，屎肠球菌和大肠杆菌是最主要的潜在致病菌;植物和土壤可能是PM2.5中细菌的主要来源;大气污染物、气象条件和PM2.5的化学成对于细菌群落结构变化的贡献量分别为:31.90％、15.73％和11.32％。　　7)研究了PM2.5中AOA、AOB和Comammox的多样性和丰度，并对三者对于PM2.5氨氧化作用的贡献进行评估，结果表明:Nitrosopumilus subcluster5.2是PM2.5中优势的AOA，Nitrosospira multiformis和Nitrosomonas aestuarii是PM2.5中主要的AOB;Comammox存在于PM2.5中;AOA、AOB和Ca.N.inopinata在PM2.5中的平均丰度为2.82×104，4.65×103和1.15×103细胞数/m3空气;PM2.5的最大硝化速率为0.14μg(NH4+-N)[m3air.h]-1，AOA和Comammox是PM2.5中氨氧化作用的重要贡献者。　　8)利用Illumina MiSeq PE300和HiSeq2500分别研究了不同污染程度下52个PM2.5样品中细菌和真菌的季节变化。结果表明:PM2.5中细菌和真菌的多样性与群落结构存在明显的季节变化，且受到空气污染程度的影响;土壤、树叶、交通源可能是不同季节PM2.5中细菌的主要来源。不同污染程度PM2.5样品中存在核心的细菌属，而不同季节的优势真菌属存在差异。统计分析结果表明:温度、相对湿度和大气压力是影响PM2.5中细菌和真菌群落结果变化的主要影响因素。