2024-04-25
由于耐用性、可塑性和低成本等特点，塑料已成为工业和消费品中不可或缺材料。全球塑料产量从 1950 年的 150 万吨大幅增长到 2020 年的 3.67 亿吨。在太阳辐射、物理磨损、生物降解等外力作用下，大块塑料会分解成更小的颗粒，产生微塑料（直径<5毫米）。微塑料几乎无处不在，对海洋、淡水、大气和土壤等全球各类生态环境造成了广泛且严重的污染。在进入这些环境时，塑料会迅速被各种微生物群落定植，形成塑料际（Plastisphere）。研究者对细菌和其他微生物在塑料降解中的作用越来越感兴趣，并期望关键微生物为塑料污染问题提供“解决方案”。
对于微塑料际的研究样本可以来自野外采集、野外样地实验和实验室微宇宙培养等。多组学研究方法可以帮助研究者在研究样本中群落组成以及总体群落和活跃群落的功能特征，更好地了解塑料际微生物群落的组装过程：
（1）扩增子测序探究塑料际微生物组成。通过时间尺度/空间尺度上的连续观测，获取塑料际的微生物分布和变化模式； （2）宏基因组测序探究样本中抗生素抗性基因、毒力因子和重金属抗性基因的丰度和组成；探究微塑料污染样本中微塑料降解特征基因的分布特征和多样性；探究一些耐药等相关基因在污染样本中的分布特征和耐药等性能转移潜力等； （3）宏基因组Binning分析获得具有潜在微塑料降解潜力的未培养微生物基因组信息，为关键菌种的分离纯化提供基因组指导信息。 （4）基因组和转录组探究从样本中分离出来功能微生物的基因组成和表达模式。 （5）蛋白质组学和代谢组学探究功能微生物的代谢途径； 派森诺宏基因组标准交付结果中涵盖抗生素抗性基因数据库、毒力因子数据库、重金属抗性基因数据库和细菌可移动元件数据库等20大数据库，更加适用于微塑料污染等生态环境领域相关研究
派森诺微塑料研究案例 土壤微塑料研究>> Journal of Hazardous Materials：微塑料改变铅锌污染土壤中的土壤性质、重金属有效性和细菌群落 微塑料（MPs）在土壤中广泛地与各种污染物共存,根据较少有的研究表明微塑料可能会造成土壤对重金属的解附，并且通过土壤生物等影响土壤性质和功能。然而，关于重金属污染土壤对土壤化学和微生物特性的影响的数据很少。本研究对6种不同的MPs：聚乙烯（PE）、聚苯乙烯（PS）、聚酰胺（PA）、可降解塑料：聚乳酸（PLA）、聚琥珀酸丁二烯（PBS）和聚羟基丁酸（PHB），在不同剂量下（0.2%和2%，w/w）对Pb-Zn污染土壤中铅和锌的有效性、土壤化学性质和土壤酶活性的影响进行评估，并解析土壤细菌群落的变化，以及土壤性质的变化与细菌群落组成和功能的关联。 主要结果： 本研究提示，MPs与重金属共存可能会改变土壤的金属迁移能力、土壤肥力和微生物群落的多样及其功能，从而对土壤的多功能生态系统构成潜在威胁。具体来说，微塑料降低了Pb/Zn污染土壤中细菌群落丰富度和多样性、改变了土壤性质和重金属有效性，并降低了土壤肥力；微塑料改变了微生物群落组成，选择性地富集了特定类群；Pb/Zn有效性的变化能导致微生物群落的变化；微塑料的影响因其类型和剂量而异。 ACS Nano：纳米氧化铁减轻微塑料对黑麦草土壤-微生物-植物系统的影响 为了解农业系统中微塑料-纳米材料的相互作用，本研究进行了一项为期90天的随机区组盆栽试验，在用堆肥（1:9）改良的土壤中培育黑麦草种子。将聚氯乙烯（PVC）和聚乙烯（PE）微塑料（MP）污染物以0.1%和10%的比例添加到盆栽土壤中，而与无化学品对照相比，纳米Fe3O4（作为纳米农用化学品）以0.1%和0.5%的比例添加。 主要结果： 纳米氧化铁可以通过以下途径减轻MPs对黑麦草微生物组的负面影响：通过提高土壤总碳和碳氮比等主要土壤质量指标，改善土壤状况；减轻土壤中微塑料对植物的生理应激反应和氧化损伤；从地下到地上显著改变了黑麦草细菌群落结构，提高叶片和根表面的细菌丰度和多样性，特别是防御环境胁迫的菌群（如拟杆菌门和厚壁菌门）；加强了黑麦草地上细菌网络的连接性和互作正相关性。 水体微塑料探究>> Water Research：静水压力驱动微生物介导的深水水库表层沉积物微塑料生物降解：静水压力模拟实验新发现 人们对微塑料的分布以及其在水源水库表层沉积物中的微生物降解所涉及的代谢途径仍然知之甚少。本研究分析了在不同静水压条件下微塑料在沉积物中的分布特性，及其与微生物种群结构和微塑料微生物降解功能基因间偶联机理。可以为揭示微塑料特性在不同静水压条件下的微生物降解代谢途径提供证据。 主要结果： 本研究证明在有微生物存在的情况下，随着静水压的增大，微塑料的粒径和形状会受到影响，而且这一现象对小粒径微塑料(20-500μm)作用更加明显。 随着静水压的增加，有塑料降解作用的属Rhodococcus, Flavobacterium, Aspergillus等丰度表现出增加的趋势，并注释到了有降解PS，PE，PET作用的功能基因paaK，ladA，tphA2，tphA3等8种，其中tphA3丰度受静水压作用明显，存在显著差异，PET粒径受到高静水压的影响平均粒径变小。
参考文献： Amaral-Zettler, L. A., Zettler, E. R. & Mincer, T. J. Ecology of the plastisphere. Nat Rev Microbiol 18, 139–151 (2020). Rillig, M. C., Kim, S. W. & Zhu, Y.-G. The soil plastisphere. Nat Rev Microbiol 22, 64–74 (2024). Egidi, E., Coleine, C., Delgado-Baquerizo, M. & Singh, B. K. Assessing critical thresholds in terrestrial microbiomes. Nat Microbiol 8, 2230–2233 (2023). Feng, X., Wang, Q., Sun, Y., Zhang, S. & Wang, F. Microplastics change soil properties, heavy metal availability and bacterial community in a Pb-Zn-contaminated soil. Journal of Hazardous Materials 424, 127364 (2022). Liu, D. et al. Nano-Iron Oxide (Fe3O4) Mitigates the Effects of microplastics on a ryegrass Soil–microbe–plant system. ACS Nano 17, 24867–24882 (2023). Yu, K. et al. Hydrostatic pressure drives microbe-mediated biodegradation of microplastics in surface sediments of deep reservoirs: Novel findings from hydrostatic pressure simulation experiments. Water Research 242, 120185 (2023).
