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胶州湾是一个典型的半封闭浅海湾，沿岸地区经济较发达，受人类活动的影响较强烈。随着工业的发展，石油污染和重金属污染也日趋严重，这将进一步影响到海洋生态系统的可持续发展，已引起了人们的广泛关注。根据胶州湾污染调查资料，本研究选择石油烃和重金属铜为代表，深入探讨其对沉积物微生物群落结构和功能的影响过程，并揭示微生物群落的响应特征，进而为石油和重金属污染的环境影响评价和生态修复提供理论基础和数据支撑。以动态微宇宙模型模拟海底环境，探讨石油污染过程以及添加磷元素强化石油降解过程对沉积物中微生物功能和群落结构的影响。结果表明，在所有处理中，细菌总数变化规律一致，均从最初的1.08×109cell·g-1迅速下降，基本稳定在5.4×108cells·g-1；与对照相比，动态模型进水中投加1000mg·L-1石油及投加石油、磷元素的模型中，脱氢酶活性逐渐增强，15天后沉积物中的脱氢酶活性即提高并稳定至3.3×104μgTPF·g-1，同时石油降解菌数明显升高，最高值达到1.5×105cell·g-1。平板计数表明，石油处理模型中，磷元素投加强化了异养菌，使其数量有所升高。变性梯度凝胶电泳（DGGE）图谱显示石油投加引起了细菌群落结构的显著变化，序列中84.6%属于变形菌门（Proteobacteria），为优势菌群。本研究表明，石油加入后，沉积物中微生物群落结构和功能受到较大影响，石油降解菌数量显著提高，石油降解功能明显增强；投加磷元素将使异养菌数量增加，但对石油降解功能无显著作用。为探讨重金属输入可能对海洋沉积物生态系统造成的影响，应用静态微宇宙模型，探讨了胶州湾沉积物微生物群落结构和功能对铜处理的响应。基因文库序列分析发现，对照中δ-变形菌纲（Deltaproteobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexi）、酸杆菌门（Acidobacteria）中微生物数量比例高于铜处理沉积物，尤其是绿弯菌门高出一倍；而α-变形菌纲（Alphaproteobacteria）、 γ-变形菌纲（Gammaproteobacteria）细菌要稍低于铜处理微生物的数量比例。通过对细菌群落的DGGE解析也发现对照与铜处理微生物群落向不同方向发展，而对氨氧化菌群落的DGGE分析却未见明显影响。与群落结构和组成相比，微生物群落的功能表现出对铜处理的显著响应，铜处理后沉积物群落碳源利用能力、功能多样性显著降低，可培养的异养菌数量仅为对照的10%。本研究结果表明，沉积物中Cu2+浓度的提高，将显著地抑制可培养细菌的数量，使群落的功能遭到破坏。