编译：逍遥君，编辑：小菌菌、江舜尧。

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本实验研究了红树林根际微生物与微塑料之间的作用。实验人员将不同MPs的生物膜掩埋在红树林根基附近1-3个月，通过对微塑料表面侵蚀程度的研究探讨根基微生物对微塑料这一生态位的适应性生存。此外，通过对红树林根际和MPs上的土壤微生物进行16S检测，分析了土壤微生物随着季节变化的演变形式和两种生态位对微生物吸引程度的比较。以此来阐述微塑料污染对土壤及环境的影响。

1．暗示生物降解的MP表面显微照片

为了探究微生物是否会降解微塑料，将PA6、PE和PVC样品暴露了3个月。结果发现表面出现明显的侵蚀凹坑（图1），凹坑内有不同的芽孢杆菌定居，表明聚合物有生物降解迹象。这意味着MP附着的细菌对这种新的生态位经历了适应性反应，并在长期定植过程中获得了降解聚合物的能力。因此，这项研究为红树林根际土壤中含有潜在的塑料-生物可降解功能细菌种群提供了证据。另一方面，塑料污染的红树林可能是塑料降解微生物的一个大的孵化基地。

图1 PA6、PE和PVC微塑料表面的SEM图像。（a-c）在红树林根际培养3个月的PA6、PE和PVC微塑料上显示的侵蚀凹坑。（d-f）在红树林根际培养1个月的PA6、PE和PVC微塑料上定植的细菌。（g-i）未培养的PA6、PE、和PVC微塑料。

此外在PS和PA6样本中发现了螺旋体样细菌（图2），并且在16S数据中也鉴定出了螺旋体。螺旋体是病原体，目前，我们还没有获得有效和安全的疫苗来治疗和预防致病性螺旋体感染。由此可见，携带螺旋体的微塑料感染人类并引起长距离传播的风险应引起注意。

图2 微塑料表面定植的螺旋体样细菌图像。（a、b，d-f）：培养3个月的PS样本；（c）：培养3个月的PA6样本。

而且，在PVC上发现了一种具有菱形立方体结构的物质（图3）。菱形颗粒边缘多有裂纹，少数（箭头标记）完全无裂纹。鉴于其特殊的形状，可能是芽孢杆菌属的菱形伴孢晶体。由于样品在SEM观察前已经溅射了金，其化学性质目前仍不清楚。

图3 PVC上具有菱形立方体结构的伴时晶体样物质。

2．红树林根际土壤细菌丰富度高

对红树林根际土壤微生物进行16S检测，分类学分析显示其具有较高的细菌多样性和丰富度。随着季节变化，根际土壤中微生物群落结构发生了明显的演替（图4）。在春季根际土壤中，艾氏弧菌最多，其次是梭状芽孢杆菌、SBR1031、放线菌、脱硫杆菌、厌氧菌和杆菌。这些目中的大多数为化能异养细菌。当7月份天气越来越温暖时，脱硫杆菌、杆菌和红杆菌的优势变得更加突出，而SBR1031的丰度下降。7月份根际土壤微生物群落的物种均匀度似乎高于4月份样品。其中梭状芽孢杆菌，放线菌，红杆菌和厌氧菌已被报道能够降解一些复杂的有机化合物，如芳香族化合物。它们还在有机废水和污水的生物净化中发挥作用。

图4 在MPs样品袋附近的红树林根际土壤中检测到的细菌TOP 10。内环：4月份取样土壤（培养1个月）。外环：7月份取样土壤（培养3个月）。

3．根际土壤和“塑性球”的独特和共享OUT

MPs样品在红树林根际培养1个月和3个月后，测序分别得到1746个和2077个OTUs聚类。维恩图显示，土壤样品中检测到的所有细菌都可以寄居在MPs表面，而4月和7月总OTUs中分别有25.9%和17.2%出现在MPs样品中而在土壤中不存在（图5）。此外，在春季和夏季在所有三个地点孵育的MP样本的OTU数量均显著高于在相同地点采集的土壤样本（图6）。这表明MPs生物膜细菌的丰富度远高于周围根际土壤。在趋化因子的影响下，特定环境中的微生物将经历定向迁移过程，以找到更适合的生态位。因此，推断认为，在红树林根际环境中，塑料球作为一种新的人工生态位，比土壤更能兼容和吸引微生物，使其能够招募更多多样性的细菌在其表面定植。

图5 显示唯一和共享OTU的维恩图。MPs OTU完全覆盖土壤OUT。（a）4月样品培养1个月；（b）7月样品培养3个月。10组venn图显示了4月（c）和7月（d）土壤样本和9个不同MP样本之间共享的OTU。

图6 3个地点（a,b,c）培养1个月和3个月的红树林根生土壤和微塑料生物膜的OUT数。

4月份暴露1个月的所有MP有452个专有OTU。孵育3个月的MP有357个独特的OTU。在春季和夏季的9个MP和土壤样本中，分别共享了858个和846个OTU（图5a–b）。Alteromonadaceae、假单胞菌科、弧菌科、红杆菌科和Sulfurovaceae是4月份共享分类群中最丰富的。7月样品的优势共享OTU由红环菌科、红杆菌科、鞘氨醇单胞菌科和硝基菌科组成。此外，在4月至7月检测的10组样本中，有299个共享OTU。在299个核心共享OTU中，弧菌所占比例最大，其次是Woeseia和假单胞菌属。图7显示了培养1个月和3个月的所有样品中前3个属的相对丰度变化。除EPS样品外，4～7月红树林根际暴露期间，MPs和土壤中弧菌的相对丰度均显著降低。相反，暴露3个月后，Woeseia在所有样品中均富集。至于假单胞菌属，其在ABS、LDPE、PC、PET、PP、PS和PVC样品中的丰度在7月份下降，尤其是PC。而PA6、EPS和土壤样品暴露1个月的假单胞菌丰度明显高于暴露3个月的假单胞菌属丰度。综上所述，可以得出土壤和不同MP生物膜中细菌的演替是不同步的。

图7 红树林根际暴露1个月和3个月的样品前3个属的相对丰度。（a）弧菌的相对丰度。（b） Woeseia的相对丰度。（c） 假单胞菌属的相对丰度。

4．9种不同“塑料球”上的细菌组合

图8和图9中不同样品的不一致彩色条纹反映了根际土壤细菌在不同基质上进行了选择性定殖。具体而言，PA6占图8a中海绵杆菌科的大部分。在培养3个月的EPS样本中，甲基单胞菌科的分布有限（图8b）。如图9所示，4月份，9种类型MPs生物膜的优势菌属分布与红树林土壤明显不同（图9a）。然而，暴露3个月后，PP、PS、ABS、PC和PET生物膜中的顶属组成与根际土壤相当（图9b）。

图8 每个样本中前10个科在16S序列的分布。（a） 4月份培养1个月的样本。 （b） 7月份培养3个月的样本。左外环上的条带代表科中相应样本的比例，右外环上的条带代表每个样本中科的相对丰度。

根据每个聚合物在三个平行位点的属水平群落分布（图9），将其分为三组。一组为PP和PS，另一组为ABS、PC和PET，最后一组为PA6、LDPE、PVC和EPS。PP和PS的优势菌种组成相似，主要由弧菌科、红杆菌科、Alteromonadaceae和假单胞菌科组成。与其他样品相比，PP和PS上的细菌群落具有更高的物种丰富度和更均匀的群落结构，且没有排他性优势属。对于单个微塑料，三个地点的物种分布存在显著差异。可以推断，与聚合物的化学性质相比，环境因素可能是影响ABS、PC和PET生物膜群落的主要驱动因素（图9a）。但随着暴露时间的延长，其差异逐渐减弱。与前两组明显不同，PA6、LDPE、PVC和EPS组的每种聚合物支持独特的微生物群落。

综合以上分析，特定自由基的微塑料的化学性质可能对生物膜细菌群落产生直接影响。这种选择性定植可能是由细菌趋化驱动的。趋化选择性定植的机制可能与不同微生物复杂的代谢活动和能量利用有关。

图9 在三个地点分别暴露1个月（a）和3个月（b）的9种MP上细菌群落（前30个属）的相对丰度特征。

5．潜在致病菌

在MPs中发现2株食源性病原菌副溶血弧菌和大肠埃希菌-志贺菌。副溶血弧菌常被水产品携带，且是胃肠炎诱因，其在4月份微塑料样品中的丰度低于0.03%，而在土壤中的丰度为2.5-7%。7月和4月样本中均存在大肠埃希菌-志贺菌（一种肠道病原体）。其4月份微塑料样品丰度普遍高于土壤，7月份PET和PE样品丰度相对较高。这些结果进一步证明了微生物作为微塑料上的“搭便车者”对人类的健康和安全以及珊瑚礁生态系统构成威胁的风险。

本研究首次对红树林根际9种MPs（PA6、PVC、EPS、LDPE、PS、PP、PC、PET、ABS）的生物膜进行了研究。原位孵育3个月后，在LDPE、PA6和PVC表面观察到侵蚀坑，表明聚合物存在生物降解迹象。春季采样的红树林土壤微生物和微塑料生物膜的群落组成和分布与夏季不同。这项研究的结果表明，具有不同化学结构的微塑料会吸引不同的微生物在其表面定植。趋化选择性定植可能是导致不同聚合物化学性质微塑料上形成的生物膜不同的因素之一。此外，在春季和夏季检测到的OTUs都彻底覆盖了土壤样品OTUs，这表明微塑料对根际细菌栖息的包涵体高于原位土壤。本研究检测了2种人类病原体副溶血弧菌和大肠杆菌-志贺菌。这项工作加深我们对MPs对红树林生态系统影响的认识。

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