石油和天然气是重要的能源和战略资源。微生物油气勘探技术以其快速和经济等优势日益受重视。自然界的丁烷主要来源于油气藏,受人为活动影响少,表层土壤中丁烷氧化菌的数量及丁烷氧化活性可以作为油气勘探的重要指标之一。研究油气田环境丁烷氧化菌的资源和丁烷降解特性具有理论和实践意义。本研究以丁醇为唯一碳源,对江汉油田、普光气田和渤海油田土壤及沉积物中的丁烷氧化菌进行了计数,通过构建16S rRNA基因克隆文库,研究了普光气田土壤中的微生物种群组成特征；以丁烷和丁醇为唯一碳源对丁烷氧化菌进行了分离和鉴定,深入分析了部分菌株降解丁烷的特征,扩增了部分菌株丁烷单加氧酶bmoX基因片段并研究了其在丁烷协同氧化中的作用。主要的研究工作和结果如下：(1)油气田环境的可培养丁烷氧化菌数量为1-2×105CFU/g土壤,显著高于无油气含量的菜园土壤,且以细菌为主,说明了丁烷氧化菌丰度可以指示油气藏环境。克隆文库结果表明普光气田土壤样品中放线菌门的细菌所占比例(12%)明显高于一般土壤,且变形菌门中α-变形菌纲的细菌所占比例较大,98%的OTU尚无法判定其归属,说明油气田环境中细菌群落组成具有明显生境特点并且蕴藏了大量的未知微生物资源。(2)从采自普光、江汉、大庆、松原和渤海共5个油气田样品中共分离到43株丁烷氧化菌,主要分属于Rhodococcus (7株)、Bacillus(12株)、Pseudomonas (12株)、Arthrobacter (2株)和Acinetobacter (2株)。其中Arthrobacter和Bacillus属的细菌为本研究首次发现的优势丁烷氧化菌。气谱定量检测结果发现具有高丁烷降解力的均为Rhodococcus属的细菌,而Bacillus属的细菌大多降解力比较低。对Arthrobacter3-2可降解烃谱研究发现,该菌可以利用除戊烷以外的C2-C10烷烃,但对C4烃氧化能力更强,其代谢丁烷的途径是通过氧化末端碳将丁烷转化为丁醇,进一步氧化丁醇成丁醛,最后以丁酸的形式进入到碳循环中。(3)扩增获得了4株丁烷氧化菌的丁烷单加氧酶bmoX基因保守片段。氨基酸序列比对发现Rhodococcus3-6和Rhodococcus3-13的BmoX与丙烷单加氧酶的PrmA相似性分别为98%和96%,Bacillus3-7的BmoX与甲烷单加氧酶的MmoX相似性为95%,Arthrobacter3-2的BmoX与已知丁烷单加氧酶BmoX相似性为80%。(4)研究了分离菌株氧化丁烷的途径和特点,发现丁烷降解过程中存在丁醇的积累现象,菌株对丁醇的耐受及降解能力直接影响其丁烷降解能力。首次发现了丁烷氧化菌代谢丁烷过程中的协同作用方式：丁醇氧化菌通过利用丁醇解除丁醇对丁烷单加氧酶的竞争性抑制作用,从而显著提高了丁烷氧化菌降解丁烷的能力。而且,与丁醇氧化菌的协同作用消除了不同丁烷氧化菌降解丁烷能力的差异。(5)通过RT-qPCR技术对协作过程中bmoX基因表达量进行了研究,发现bmoX基因的表达量在协同作用下会得到上调,并可以指示菌株的丁烷降解活性,进一步结合插入失活突变的结果,证明了bmoX基因是丁烷氧化降解的关键且必须基因。初步表明bmoX基因具备作为微生物油气勘探的分子探针的潜力。