生物基微塑料在抗生素和重金属联合压力下作为海洋环境中抗性基因载体的研究

本研究揭示了生物基聚乳酸（PLA）和石油基聚乙烯（PE）微塑料在海洋环境中作为抗性基因（ARGs）载体的差异机制。通过模拟磺胺嘧啶（SDZ）和锌（Zn）的复合污染条件，发现PE更易形成稳定生物膜，而PLA在长期胁迫下促进ARGs富集和水平基因转移（HGT）。研究为评估微塑料-污染物协同生态风险提供了新视角。

　　

Highlight

本研究首次系统比较了生物基与石油基微塑料在抗生素-重金属复合胁迫下传播抗性基因的差异机制，为海洋生态风险评估提供了关键数据。

INTRODUCTION

微塑料遍布全球海洋，从近岸到远洋甚至深海底部均可见其踪迹。它们为海洋微生物提供了独特的栖息地，微生物在其表面形成稳定的"塑料圈"生物膜。这些群落包含异养菌、自养菌、捕食者和共生体，其组成因微塑料聚合物类型而异。

Experimental design

基于前期工作构建实验室培养系统，采用青岛沙子口海域天然海水细菌与PE/PLA微塑料（粒径3-4 mm）共培养。系统稳定后分别添加SDZ（0.1-10 mg/L）和Zn（0.1-5 mg/L）模拟不同污染梯度。

Quantity and morphology of PE and PLA biofilms

PE表面生物膜量显著高于PLA（图S3A-F），这归因于其更强的疏水性。SEM显示PLA表面易水解导致结构破损，而PE的规则孔隙结构更利于细菌定植。值得注意的是，长期SDZ+Zn暴露使PLA生物膜量反超PE，表明生物基材料在复合胁迫下呈现特殊响应。

CONCLUSION

微塑料类型是影响生物膜形成的主因，PE在海洋环境中表现出更强的成膜能力。PE生物膜对SDZ初始响应更敏感，而PLA生物膜对长期环境胁迫（特别是Zn）响应更显著。随着生物膜成熟积累腐殖酸类物质，其对外界胁迫的敏感性降低，但PLA微塑料始终比PE更易成为海洋环境中抗性基因的载体。

ENVIRONMENTAL IMPLICATION

本研究发现生物基微塑料（特别是PLA）在富集和传播ARGs方面具有显著作用。抗生素与重金属的复合存在通过促进HGT和共选择效应，极大加剧了海洋环境风险。研究强调需制定更严格的环境政策来控制生物基微塑料的使用和处置。