在自然环境中，微生物常以多物种形式共存，并被自身分泌的胞外聚合物所包被，这种生存形式称为生物膜。生物膜中种间相互作用是群落应对外界胁迫的关键，对群落的稳定性、生物膜空间结构等至关重要。以往关于生物膜的研究主要集中在水环境或医学领域，针对土壤环境的研究关注较少。土壤与水生环境最大的区别在于多数情况下土壤中为水分非饱和状态，同时土壤水分不仅影响物质的迁移转化，还会直接改变微生物生理特征。因此，研究土壤环境中微生物面对外源污染物如重金属的响应时，需要考虑水分这一因素。本研究选取土壤中常见的两种模式菌恶臭假单胞菌(Pseudomonas putida KT2440)和希瓦氏菌(Shewanella oneidensis MR-1)为实验菌株，在水分饱和及不饱和条件下培养生物膜，借助荧光蛋白标记技术、荧光实时定量PCR(qPCR)、原子力显微镜(AFM)、光学相干断层扫描仪(OCT)等原位观测技术表征生物膜性质，探究共培养生物膜生存的优势以及微生物在面对不同浓度重金属时的响应特征。主要结果如下：
　　1)当不加重金属或重金属浓度较低时，无论是水分饱和或不饱和条件下，恶臭假单胞菌和希瓦氏菌共培养群落的生物量仅为单独培养之和的56.4%-72.3%。然而在高浓度Cu和Pb处理下，共培养的优势开始体现，其生物量超过了单独培养之和，且在此群落结构中，恶臭假单胞菌是优势菌种，其种群比例达到97%以上。在重金属浓度较高时，恶臭假单胞菌对希瓦氏菌产生强烈的剥削竞争作用，因此希瓦氏菌的存在促进了恶臭假单胞菌的生长，使整个群落的生物量得到了提高。此外，通过荧光显微镜观察发现，在共培养体系中，恶臭假单胞菌主要在气液界面形成生物膜，而希瓦氏菌主要在固液界面形成生物膜。
　　2)在非饱和条件下，共培养的非饱和生物膜表面细胞体积和表面积更小，约为单独培养时的75%；由于希瓦氏菌位于非饱和生物膜的底部，大多数恶臭假单胞菌位于顶部，使得共培养的生物膜粗糙度与单独培养的恶臭假单胞菌生物膜相比没有明显变化。在水饱和条件下，单独培养时细菌在高浓度Cu和Pb下不能生长，但共培养能够形成80-100μm厚度的气液界面生物膜，并且可能发生更大规模的细胞团聚(130-150μm)。共培养不仅使细菌能在高浓度重金属下形成生物膜，同时分泌的胞外多聚物量也更高，其中TOC和TN含量能够达到单独培养的1.1-2.68倍。