近年来,工业源和人类生活源污染物产生不断增多,近岸海域中来源于人类生产活动的重金属比例显著升高。微生物是生态系统中有机物最重要的分解者和初始利用者,在整个生态系统物质循环和能量流动过程中发挥重要作用。外界自然条件的改变也会影响微生物菌群的生物多样性与生理生化功能,在处于不利外部条件下,如高浓度重金属等胁迫下,会改变微生物菌群的结构和代谢过程,影响环境中微生物的生物多样性结构和菌群代谢功能;同时,微生物的这种改变在一定程度上也能反映环境重金属的污染水平。本研究选择我国重金属污染最严重的海湾-锦州湾为研究区域,于2012年8月,由近岸海域向外海海域呈放射状选取具有一定特点的9个站位,对其沉积物及沉积物中的微生物种类、数量和水解酶活性进行分析与研究,揭示在重金属胁迫环境下,沉积物中的微生物菌群结构和代谢功能变化规律与重金属分布特征的耦合关系,并阐明重金属在微生物菌群结构变化和代谢功能调整及抗重金属性能产生过程中的作用机理,基于微生物方法解析沉积物中的重金属污染的生态效应。本论文主要结论包括:(1)锦州湾海域表层沉积物中重金属Zn、Cu、Hg、Cd的含量具有明显的空间分布特征,均表现为由西南部河口区向东北部外海海域逐渐减少,这表明锦州湾海域的重金属污染是由陆源输入的,且4种重金属之间同源的可能性很大,具有相似的输入来源和分布特征。大部分采样站位沉积物中的重金属含量超过了国家三类沉积物质量标准,锦州湾海域是一个高重金属污染的区域。采用Hakanson潜在生态危害指数评价方法分析表明,单项潜在生态风险指数大小顺序为Hg>Cd>Cu>Zn,Hg和Cd是锦州湾海域内主要的重金属污染因子,应加强对Hg和Cd污染物的管治。(2)本次研究活化共得到异养菌242株,17个属。其中革兰氏阳性菌99株,4个属,占分离出的异养菌总数的40.91%;革兰氏阴性菌143株,15个属,占分离出的异养菌总数的59.09%。锦州湾海域表层沉积物中芽孢杆菌属细菌最多,所占比例为24.79%,其次是发光杆菌,所占比例为19.42%,铁细菌和不动杆菌属细菌最少,所占比例为0.41%。在重金属污染严重的西南部河口区,优势菌种为发光杆菌、芽孢杆菌和梭菌属,而在重金属污染较轻的东北部外海海域出现频率最多的为芽孢杆菌、气单胞菌和发光杆菌,两个区域在优势菌种的组成上有相似性,但相互之间还是有所不同。西南部河口区表层沉积物中异养菌数量低于东北部外海海域,但是物种多样性略高,说明异养细菌除受重金属因素影响外,还与水和沉积物中其他指标有关。(3)总体上,重金属胁迫下锦州湾海域同一站位表层沉积物中异养菌的水解酶具有不同的活性表达,不同站位同属异养菌的水解酶也具有不同的活性表达,具有低等活性水解酶的异养菌数量占多数。水解酶活性大小表现为:脂肪酶>蛋白酶>淀粉酶>磷酸酶。锦州湾海域表层沉积物中异养细菌水解酶活性表现为西南部河口区高于东北部外海海域,与重金属Zn、Cu、Hg、Cd的含量分布趋势基本相似。西南部河口区重金属污染严重,长期高浓度的重金属污染,改变了锦州湾海域表层沉积物中的异养菌的生理代谢过程,一些对重金属敏感的菌株会逐渐产生适应性,水解酶活性的增加是异养细菌在逆境下的适应表现之一,可作为其对重金属抗性的指标。磷酸酶、蛋白酶、脂肪酶与重金属含量之间存在显著正相关性,对沉积物中的重金属更为敏感,可作为反映重金属污染状况的灵敏性指标,进而反映锦州湾海域表层沉积物的环境质量。(4)锦州湾海域表层沉积物中异养细菌对重金属Zn、Cu、Hg、Cd的抗性大小分布趋势相似,在西南部河口区高于东北部外海海域,与沉积物中重金属的含量及Hakanson潜在生态危害指数基本相似,这种趋势表明锦州湾海域异养细菌的重金属抗性与沉积物中重金属的长期积累有一定的关系。锦州湾海域表层沉积物中抗性异养菌的数量西南部河口区明显高于东北部外海海域。东北部海域重金属含量低,对重金属的抗性低,本研究中高浓度重金属含量对该海域的异养细菌产生了短期的“触杀”效应,而西南部河口区沉积物中的重金属污染是长期积累的,在该区域存活的异养细菌在生理或遗传物质上必定对重金属产生一定的抗性。本研究中对重金属Hg和Cd产生抗性的异养菌的数量低于Zn和Cu,说明Hg和Cd具有较高的生态毒性和生态危害程度,应加强对含Hg和Cd污染物的控制。