可生物降解微塑料对活性污泥脱氮效能、微生物群落及抗生素抗性基因的影响机制研究

为解决可生物降解微塑料(BMPs)在污水处理过程中对活性污泥系统的潜在影响问题，研究人员系统研究了聚乳酸(PLA)、聚羟基脂肪酸酯(PHA)和聚丁二酸丁二醇酯(PBS)三种BMPs对脱氮效率、胞外聚合物(EPS)及抗生素抗性基因(ARGs)的作用机制。研究发现高浓度PHA和PLA可促进脱氮功能基因(napA、nirK等)表达，但会增加ARGs丰度，为评估BMPs的环境风险提供了重要理论依据。

　　

随着全球塑料污染问题日益严峻，可生物降解塑料因其环境友好特性被广泛推广。然而这些材料在自然环境中更易破碎形成微塑料(BMPs)，其环境行为与传统微塑料存在显著差异。污水处理厂(WWTPs)作为微塑料的重要汇集场所，活性污泥系统中的微生物群落对污染物降解至关重要。但BMPs对脱氮功能微生物、胞外聚合物分泌及抗生素抗性基因传播的影响机制尚不明确，这直接关系到污水处理效能和生态安全评估。

浙江科技学院的研究团队在《Biochemical Engineering Journal》发表研究，通过构建序批式反应器(SBR)系统，探究了三种典型BMPs（PLA、PHA、PBS）在不同浓度(1/10/50 mg/L)下对活性污泥系统的多重影响。研究采用高通量测序分析微生物群落结构，qPCR定量功能基因(napA、nirS等)和ARGs，并结合EPS组分测定，系统揭示了BMPs的环境作用机制。

Impact of BMPs on SBR efficiency
研究发现所有BMPs均未影响COD和NH₄⁺-N去除率（＞90%），但10/50 mg/L PHA和50 mg/L PLA显著提升总氮(TN)去除效率。机理分析表明这些BMPs通过上调napA、nirK等脱氮功能基因表达促进硝酸盐还原。值得注意的是，10 mg/L PLA和PHA刺激松散型EPS分泌，而高浓度(50 mg/L)则抑制EPS产生，这种剂量效应与Bacteroidota等优势菌群丰度变化直接相关。

微生物群落响应
高通量测序显示BMPs显著改变微生物群落结构。PHA和PLA处理组中，脱氮功能菌Bacteroidota相对丰度提升2.3-3.5倍，而Chloroflexi在50 mg/L PLA组下降40%。这些变化与EPS分泌模式改变呈现显著相关性，暗示微生物通过调整群落结构应对BMPs胁迫。

ARGs增殖风险
研究首次报道PHA和PLA会促进intI1整合酶基因表达，导致ARGs丰度增加1.8-2.4倍，尤其在50 mg/L浓度下sul1基因拷贝数提升显著。这表明BMPs可能通过水平基因转移加速抗生素抗性传播，构成潜在环境风险。

结论与意义
该研究阐明了BMPs通过调控功能基因表达和微生物群落动态影响脱氮效能的分子机制，首次揭示PLA/PHA促进ARGs传播的风险。成果为污水处理工艺优化提供理论支撑，同时警示需重新评估可降解塑料的环境安全性。研究建议针对BMPs制定专门的污水处理策略，并开发抑制ARGs传播的调控技术。