综述：海洋环境中的微塑料与微生物相互作用：关于生物地球化学循环和生态影响的综述

《Marine Policy》：Microplastics and microbial interactions in marine environments: A critical review on biogeochemical cycling and ecological impacts

微塑料污染通过物理化学和生物过程对海洋生态系统产生多方面影响，其与海洋微生物的双向作用涉及生物膜形成、污染物传播及生物地球化学循环调控。文献计量分析显示该领域研究热点集中于降解机制与生态效应，但分子机制与生态系统关联仍不明确，需整合多组学、沉积微生物学及合成生物学深化研究。

　　

Jingyao Wang | Tingran Zhang | Yuzhu Li | Yuqi Ye | Xinyun Tan | Xinyu Liu | Li Hu | Zongjun Du | Mengqi Ye

山东大学海洋学院，中国山东省威海市，264209

摘要

海洋微塑料污染已成为一个关键的全球环境问题，通过复杂的物理化学和生物过程对海洋生态系统产生多方面的影响。本文结合了2015至2025年的文献计量分析及机制综合研究，探讨了微塑料与海洋微生物之间的双向相互作用。微塑料提供了持久的基质，促进了“塑料圈”的形成，改变了微生物群落结构，并促进了生物膜的发展；同时，它们还成为污染物和抗生素抗性基因的载体。反过来，微生物通过生物膜介导的聚集、酶促降解和表面转化来调节微塑料的环境命运。这些过程深刻影响了海洋生物地球化学循环——尤其是碳、氮、磷和硫的循环——并对生产力、营养动态和生态系统稳定性产生连锁效应。尽管有越来越多的证据，但在将分子层面的机制与生态系统尺度的结果联系起来方面仍存在关键空白，尤其是在深海和沉积物栖息地中。未来的研究需要采用多学科方法，结合组学、沉积微生物学和合成生物学，以加速发现和优化能够在实际海洋条件下有效降解塑料的微生物群落。推进此类综合性研究对于预测微塑料的长期命运以及制定海洋污染缓解和生态恢复策略至关重要。

章节摘录

海洋环境中的微塑料：来源、分布和一般生态风险

微塑料（MPs）通常定义为直径小于5毫米的合成聚合物颗粒（Frias和Nash，2019），由于其广泛的分布及其在水生环境中的潜在生态风险而受到越来越多的科学关注（Eerkes-Medrano等人，2015）。MPs的概念最早由Thompson等人于2004年提出，这标志着塑料污染及其环境影响研究的一个转折点（Thompson等人，2004）。MPs来源于...

海洋微生物：生物地球化学循环和污染缓解的关键作用者

海洋环境孕育了丰富多样的微生物群落，包括细菌、古菌、真菌、原生动物和微藻。这些微生物通过参与生物地球化学循环、有机物分解和能量转移，在维持海洋生态稳定性方面发挥着不可或缺的作用（Mazur-Marzec等人，2024）。海洋微生物具有极强的适应性，使它们能够在极端条件下生存和发挥作用...

微塑料-微生物相互作用的研究趋势：文献计量学视角

为了补充关于海洋微生物生态作用的讨论，我们进行了文献计量分析，以绘制海洋环境中微塑料-微生物相互作用研究趋势的演变图谱。该分析旨在定量识别当前的研究热点和主题集群，从而为后续关于相互作用机制和生态影响的讨论提供依据。

数据来源于Web of Science Core Collection (WoSCC)（Zhang等人，...

微塑料-微生物相互作用对海洋生物地球化学循环的生态影响

微塑料与海洋微生物之间的相互作用形成了独特的生物地球化学途径，这些途径超出了微塑料本身直接的物理和化学影响。当微塑料被微生物定植后，它们成为具有生物活性的基质，将物理传输与微生物代谢过程联系起来，影响碳、氮、磷和其他元素的循环（如图3所示）（Bank和Hansson，2019；Montoya等人，2024）。在“塑料圈”内...

结论与未来展望

微塑料是海洋生态系统中的持久性污染物，既作为物理压力源，同时也作为重塑微生物群落的基质。它们与微生物的相互作用是双向的：微生物在微塑料上定植，形成生物膜，影响颗粒传输、聚集和污染物吸附；而微塑料则改变微生物的多样性、代谢和生态功能。这些过程对海洋生物地球化学循环具有重要影响，然而其...

CRediT作者贡献声明

Jingyao Wang：撰写初稿、软件使用、方法论设计、数据管理、概念构思。 Tingran Zhang：软件使用、资源提供。 Yuzhu Li：软件使用、数据管理。 Yuqi Ye：数据管理、概念构思。 Xinyun Tan：资源提供、数据管理。 Xinyu Liu：资源提供、数据管理。 Li Hu：研究实施、概念构思。 Zongjun Du：项目监督、项目管理、方法论设计、资金获取、概念构思。 Mengqi Ye：撰写修订稿、监督工作。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（编号32200003）、山东省自然科学基金（编号ZR2022QC106）以及广东省基础与应用基础研究基金（编号2022A1515110773）的资助。