刚果民主共和国卡坦加矿区钴和铅膳食摄入来源的对比：一项重复餐食研究

《Environmental Pollution》：Contrasting sources of dietary intake of cobalt and lead in the mining region of Katanga, DR Congo: a duplicate meal study

本研究通过结合现场实验和实验室模拟，系统评估了不同成熟度（0、28、140天）的微塑料生物膜（plastisphere）对海洋微生物群落结构及功能基因的影响。结果表明，长期暴露的plastisphere（140天）在海水环境中迅速改变群落结构，但7天后影响减弱；而28天和140天的plastisphere均显著提升微生物多样性，并持续释放抗生素抗性基因（ARGs）和致病因子（VFs），同时检测到耐盐潜在致病菌，证实plastisphere可作为微生物及基因跨境迁移的载体，其生态风险需进一步关注。

　　

梅琦静|张晓涵|李晓峰|谭凌申|牛志光|马永正

摘要

每年有大量的微塑料（MPs）从河流进入海洋。被生物膜覆盖的微塑料被称为“塑料球”，可能会促进微生物的转移。以往的研究主要集中在塑料球本身的演变上，包括野外实验及其在迁移过程中的变化。然而，关于它们对海洋生态系统影响的直接证据仍然有限。为了解决这一问题，我们结合了野外和实验室实验，直接评估了微塑料在从河流到海洋的迁移过程中对海洋微生物群落的影响。微塑料在淡水中分别培养了0天、28天和140天，然后转移到一个用新鲜海水微生物组构建的实验室模拟的海洋微生态系统中，让微生物群落适应环境，再在实验室中继续培养1天、3天和7天。通过宏基因组分析来研究微生物群落的变化。长期培养的塑料球（140天）在第一天就迅速使海洋群落结构向塑料球特征转变，但这种整体结构变化在第七天时减弱了。有趣的是，28天和140天培养的塑料球导致微生物物种多样性增加，以及抗生素抗性基因（ARGs）和毒力因子（VFs）的数量也增加，这种效应持续到了第七天。此外，还检测到了耐盐的潜在致病细菌，这反映了塑料球作为携带者的作用。本研究提供了直接证据，证明塑料球能够促进微生物的转移，从而增加生物多样性并传播抗生素抗性基因和毒力因子，有助于更好地理解微塑料的潜在生态和环境风险。

引言

在过去七十年中，全球塑料产量呈指数级增长——从1950年的约200万吨增加到近年来的近4亿至4.6亿吨——但全球回收率一直停滞在5%至9%左右（Geyer等人，2017年；Houssini等人，2025年）。环境中的塑料会经历物理、化学和生物降解过程，最终形成塑料碎片（Yang等人，2024a；Yang等人，2024b）。其中，直径小于或等于5毫米的颗粒被归类为微塑料（MPs），它们广泛存在于各种环境介质中（Paes等人，2022年；Thompson等人，2004年）。作为全球污染的最终归宿，海洋每年接收约1亿至2亿吨的塑料垃圾（Jambeck等人，2015年；Meijer等人，2021年；OECD，2022年）。河口是微塑料进入海洋的主要通道（Di Pippo等人，2023年；Di等人，2024年）。据估计，河流排放的微塑料占进入海洋的微塑料总量的80%（Meijer等人，2021年）。

水生环境中的微塑料可以被微生物定殖，形成生物膜，从而带来潜在的环境风险。当塑料球从河口环境转移到海洋环境时，其生物膜中的细菌、污染物和其他相关成分有可能被带入海洋（Silva等人，2023年；Zhang等人，2023年；Zhao等人，2023年；Zhao等人，2024年；Zhou等人，2024年）。抗生素抗性基因（ARGs）、毒力因子（VFs）与微塑料生物膜的共存引发了人们对它们作为微生物传播和基因交换载体的潜在作用的关注（Feng等人，2023年；Silva等人，2023年；Wang等人，2022a）。

在环境迁移过程中，塑料球中的微生物群落往往与周围的水生微生物群落不同，表现为特定类群和功能基因的富集（Li等人，2024年；Wang等人，2025年；Zhao等人，2024年）。多项随机采样研究在塑料球中发现了周围水中不存在的入侵物种和病原体（Kirstein等人，2016年；Vir?ek等人，2017年）。

然而，最近的证据表明，这些风险可能不会持续存在（Tu等人，2020年；Tulloch等人，2024年）。迁移过程中的塑料球上的微生物群落逐渐趋同于当地微生物群落，这一过程被称为“塑料球定殖”（Zhang等人，2021年；Zhang等人，2023年）。不过，研究表明，即使在迁移后15天，微塑料仍然可以携带周围栖息地中不存在的微生物和抗生素抗性基因（Zhang等人，2023年；Zhao等人，2024年）。因此，最初附着在塑料球上的微生物的命运尚不清楚，它们的生态影响也尚未完全了解。

迁移的塑料球是否有可能携带新的细菌并“侵入”新的环境？Zhang等人回顾了有关塑料球迁移的先前研究，并提出了一个描述细菌入侵过程的三阶段框架：到达、降落和生长（Zhang等人，2024年）。由于野外环境的开放性和复杂性，迁移中的微塑料对周围生态系统的原位影响仍不清楚，特别是在表面相关细菌和抗生素抗性基因的传播方面。以往的研究主要依赖于实验室模拟，而这种受控环境往往会对微生物群落施加选择压力，通常有利于某些细菌菌株，因此无法完全反映塑料球迁移的自然发展和生态后果（Metcalf等人，2023年；Vass等人，2024年；Zhang等人，2024年）。此外，自然环境中的物理因素——如流速和出流速度的差异或水闸等水力结构——可能会影响微塑料在进入海洋前的滞留时间和生物膜的成熟（Li等人，2019年；Tu等人，2020年）。

为了解决这一空白，我们设计了一种结合野外实验和实验室研究的新方法。该方法包括原位培养和实验室模拟，旨在再现塑料从淡水到海洋环境的迁移过程。通过设置0天、28天和140天的原位培养期，获得了不同成熟阶段的塑料球；进一步在实验室中培养1天、3天和7天，我们评估了不同成熟阶段对海洋环境的短期影响。具体来说，本研究旨在：（1）描述迁移的塑料球对海洋微生物群落组成的影响。（2）评估培养时间对塑料球生态影响的作用。（3）确定微塑料生物膜在新环境中释放抗生素抗性基因和毒力因子的潜力。通过回答这些问题，本研究填补了关于微塑料生物膜在促进细菌和抗性基因从河流迁移到海洋过程中所起作用的关键知识空白，从而有助于更好地理解水生系统中塑料污染的生态风险。

研究区域和材料

由于聚乙烯（PE）在河流和海洋环境中普遍存在且数量丰富，因此选择它作为本研究的代表性微塑料类型（Prabhu P等人，2022年；Kakade A等人，2024年；Chen J Q等人，2025年；Bhan C等人，2025年）。特别是在海河口，PE是主要的聚合物，占河流沉积物中微塑料的约49%，并且在表层水和沉积物中都大量存在（Liu等人，2021年；Wu等人，2019年）

第0天时塑料球及其周围水体中的初始微生物、抗生素抗性基因和毒力因子特征

在采样时对塑料球、河口水和海水的微生物群落进行表征，为解释后续暴露实验中观察到的变化提供了关键背景。收集时塑料上生物膜的定殖情况反映了其对下游海洋微生物群落变化的潜在影响。同时，评估河口水的微生物组成有助于了解影响这些变化的环境背景

结论

自然水生系统的开放性以及塑料球引入后的定殖过程表明，之前关于塑料生物膜环境影响的担忧可能被夸大了。通过比较在河水中培养0天、28天和140天的塑料球对海洋细菌群落的影响，本研究旨在补充和完善相关研究。

总体而言，塑料球对海水微生物群落的影响有限。

作者贡献声明

马永正：撰写 – 审稿与编辑，监督，方法学，资金获取，概念构思。牛志光：撰写 – 审稿与编辑，监督，方法学，资金获取，概念构思。谭凌申：软件开发，项目管理，调查。李晓峰：撰写 – 审稿与编辑，监督。张晓涵：撰写 – 审稿与编辑，监督，方法学，调查，概念构思。梅琦静：撰写 – 审稿与编辑，原创内容

未引用的参考文献

Amaral-Zettler等人，2020a；Li等人，2019年；Preece和Hartman，2024年；Shruti等人，2024年；Vlaanderen等人，2023年；Wang等人，2022年；Yang等人，2024年；Zhang等人，2018年；Zhang等人，2021年。

利益冲突声明

? 作者声明他们没有已知的可能会影响本文报告工作的财务利益或个人关系。