异养细菌是海洋生物群落的重要组成部分，具有极为丰富的遗传多样性和很高的丰度，在海洋碳、氮等生源要素生物地球化学循环中起着重要作用。虽然海洋异养细菌的主要作用被认为是降解或矿化有机物释放无机物，但是异养细菌同时也可能参与无机营养盐的吸收或转化，如环境基因组研究揭示了硝酸盐同化基因系统广泛分布于海洋异养细菌中。异养细菌吸收利用硝酸盐使得海洋氮循环更加复杂化，并有可能影响对海洋新生产力的评估。作为海洋氮循环中的一个重要环节，异养细菌吸收硝酸盐的生态研究处于起步阶段，具有吸收硝酸盐潜能的异养细菌多样性和分布特征还不清楚，特别是在全球海洋环境尺度下的研究未见报道。本论文利用分子生态学的方法在多种海洋环境下（包括近岸、陆架、外海到大洋，从表层、中层到深层海水以及沉积物），研究了硝酸盐同化细菌在不同环境梯度上的多样性和分布特征。同时也利用培养方法分离了可培养的硝酸盐同化细菌，并通过功能基因和16S rRNA基因进行了鉴定，结合基因组数据分析充分认识了组成丰富的硝酸盐同化细菌，这些数据揭示了硝酸盐同化细菌在海洋氮循环及海洋碳循环过程中可能发挥着重要作用。本论文的主要研究内容如下:　　(1)取样典型海洋环境，包括的海区有中国东海和南海、西太平洋gyre到暖池、台湾龟山岛浅海热泉，大西洋和印度洋，生态梯度上跨越了近岸、陆架、外海到大洋，同时也在中国东海陆架、南海和印度洋的垂直梯度上对硝酸盐同化基因nasA的多样性进行了系统研究。nasA基因揭示了硝酸盐同化细菌是一类多样性很高的微生物功能类群。系统发育分析表明在地理空间分布上，中国东海近岸的nasA基因多样性较低，而东海陆架和南海外海表层海水的多样性较高。西太平洋gyre的硝酸盐同化细菌以Alpha变形菌的细菌类群为主要类群，而暖池及附近的硝酸盐同化细菌的组成丰富度增加，龟山岛则以特有类群占优势，聚类分析显示硝酸盐同化细菌的分布模式具有地域性特色。对东海近岸的赤潮航次样品分析发现硝酸盐同化细菌的群落组成在赤潮发生的过程中有所变化，揭示了赤潮爆发到消亡的过程中，异养细菌可能与浮游植物竞争利用硝酸盐作为氮源，异养细菌对硝酸盐的吸收有助于赤潮的消亡。在垂直梯度上，通过东海陆架、南海和印度洋三个剖面站位的nasA基因多样性分析发现，含有nasA基因的异养细菌在三个海区表层海水的多样性最低，而陆架底层海水、南海和印度洋的中层海水(500-800 m)多样性最高，其次是深层海水。硝酸盐浓度从表层到中层水的持续增加可能是引起nasA基因多样性增加的主要原因，深层海水硝酸盐同化细菌的生长可能受到其他与深度相关因素的影响。以上结果揭示了具有硝酸盐同化作用潜力的异养细菌在全球海洋具有广泛分布，并且它们在不同海域由于理化和地化环境差异而具有不同的群落结构和多样性，表明硝酸盐同化异养细菌的进化及生态群落与海洋环境关系密切，在全球海洋氮循环及碳循环过程中可能具有重要生态意义。　　(2)通过分离培养的方法，利用选择性培养基对中国南海和西太平洋可培养的硝酸盐同化细菌进行了分离，并应用nasA功能基因和16S rRNA基因进行了细菌类别鉴定，结果表明可培养的硝酸盐同化细菌覆盖了三个主要类群:Alpha和Gamma变形菌及CFB，包括了11个属。含有nasA基因的细菌广泛分布于海洋环境中，具有很高的遗传多样性。对基因组的数据分析显示现有的引物不能充分反应海洋环境中丰富的群落组成，在对nasA基因序列的分析基础上设计了异养细菌和蓝细菌通用的引物并应用到环境样品的分析中。与原有引物的结果比较分析显示新的引物可以扩增到之前没有得到的硝酸盐同化细菌的类群，Gamma变形菌是主要的硝酸盐同化细菌类群。通过功能基因nasA和16S rRNA基因揭示的总细菌的比较分析发现印度洋的硝酸盐同化细菌类群与总细菌的组成不同，含有nasA基因的细菌不是自然细菌群落的主要类群，暗示了印度洋海区含有nasA基因的细菌类群丰度不高，含有nasA基因的细菌类群主要是Vibrio、Marinobacter、CFB和未被分类的细菌类群，其群落组成与印度洋特殊的环境有关。