深海微生物的研究是现代海洋微生物的一个重要组成部分,深海的天然极端环境，导致了深海微生物的多样性，引起了人们对处于深海极端环境下的微生物的广泛兴趣。本论文对中国多金属结核合同区深海沉积物样品中微生物多样性及微生物基因组资源的研究，是该区域微生物生态系统研究的首次报道，也是整个深海微生物生态系统调查研究中一个重要组成部分。相关结果可作为监测我国前期矿产资源调查基线资料，并探讨太平洋地质构造运动对生物多样性形成的作用。　　我们以中国多金属结核合同区内[COMRA(China)]的A站点(7°33′46″N，153°52′19″W)，以及邻近的太平洋中部参照点MP站点(10°35′06″N，177°42′20″W)为研究对象，利用系统发育学分析方法和多种分子生物学技术，对各站点的深海沉积物样品中的微生物多样性进行了调查和比较。通过提取A站点和MP站点深海沉积物样品中的总DNA，构建了这些环境样品中细菌和古菌的16S rRNA基因文库，对文库中的16S rRNA基因进行了RFLP分析、序列测定和系统发育学分析。结果表明:在A站点细菌群落中，最多的菌群是Gammaproteobacteria。其中，Shewanella细菌在Gammaproteobacteria亚群中最多，该种群可能与Fe(Ⅲ)和Mn(Ⅳ)还原相关。还检测到了绿色非硫细菌群(GNS)，未知菌群OP3，CFB菌群以及一些无法归类的新菌群;参照点MP站点的细菌群落结构组成和A站点类似，但是在MP站点并未发现新菌群和未知菌群OP3;在A站点和MP站点监测到的古菌都属于GroupⅠ类群（Crenarchaeotal Nonthermophilic Marine GroupⅠ）。在此基础上构建了A站点和MP站点深海沉积物中细菌和古菌群落的系统进化树，阐述了两个站点深海沉积物中细菌和古菌群落的种群结构及其相互间的进化关系。　　本研究中还构建了多金属结核合同区ES0303站点(8°21′11″N，145°24′09″W)深海沉积物样品中微生物群落宏基因组cosmid文库，获得了至少3500个克隆子，每个克隆子外源插入片段平均达到了35Kb以上。利用分子生物学方法对这个构建的深海微生物基因组大分子库进行了初步的研究。首先，以上述分子系统发育学分析方法对该宏基因组文库以及ES0303站点的深海沉积物样品中的微生物多样性进行了调查和比较，构建了相应的细菌16S rRNA基因文库;采用RFLP和DGGE两种方法对各个16S rDNA克隆子库进行了分析，获得了ES0303站点深海沉积物样品及其基因组大分子库的微生物多样性信息。分析结果表明这些发现的菌群和数据库中最匹配序列同源性都较低，绝大部分都在90％以下(74-89％)，说明在ES0303cosmid宏基因组文库中确实包含了类群较为丰富的微生物，而且这些细菌应该都是一些尚未获得培养和鉴定的新类群/种菌株，其分类地位尚未确定。在ES0303cosmid大分子库中和ES0303站点沉积物样品中都监测到的、可能的共有菌株类群包括Proteobacteria(Gamma亚群和Delta亚群)、Gemmatimonadetes、Planctomycetes以及部分新的未知菌群，在ES0303cosmid大分子库中还监测到Chloroflexi菌株类群的存在，而在ES0303深海沉积物样品中则多了Alphaproteobacteria、Actinobacteria以及Nitrospirae。其次，利用各种酶类功能筛选平板，进行了脂酶、淀粉酶、几丁质酶、半乳糖苷酶、蛋白酶以及锰氧化酶等酶活筛选，得到了一株具有明显脂酶活性的克隆子。再次，针对样品特点，利用特异引物及相应探针，以PCR扩增和杂交等方法对该基因组文库进行了各种不同功能基因，包括压力调节相关基因、EPA合成基因、几丁质酶基因、锰氧化还原酶基因、甲烷氧化还原基因以及烷烃单加氧酶基因等的筛选，获得了两株具有不同烷烃单加氧酶基因的克隆子。最后，提取了全部克隆子的胞外和胞内活性物质，进行了抗细菌抗生素和抗癌活性物质的分析，筛选到多株具有较强抗细菌和抗癌细胞活性的cosmid克隆子。　　本研究调查了中国多金属结核合同区中两个站点以及一个邻近参照站点沉积物样品中的微生物多样性，为政府在保护深海环境资源前提下，尽量减少人为破坏以更合理地开发多金属结核区提供了微生物生态系统基线资料;初步探讨了深海生物圈对地球物质循环的贡献。所构建的深海沉积物微生物宏基因组文库覆盖了至少117Mbp的深海微生物基因组，克服了常规培养等研究手段的局限性，获得了较为丰富的深海微生物群体遗传信息;而且其中包含的微生物绝大部分都是尚未获得培养或鉴定的新的细菌类群或新的菌种，为寻找深海微生物新基因以及与生长适应机制相关的功能基因、开发海洋药物资源等方面的研究提供了丰富的生物材料。预期随着后续研究的进一步展开，在该宏基因组文库中还可以找到更多生物活性物质，并发现相关的未培养微生物特殊代谢途经。