塑料因其轻质、可塑、耐用和成本效益高的特性而被广泛使用（Wang et al., 2024; Zhang, K. et al., 2021）。然而，其过度生产和不当处理加剧了全球塑料污染（Jambeck et al., 2015）。到2050年，预计将有约120亿吨塑料垃圾在自然环境中积累（Geyer et al., 2017）。通过物理、化学或生物降解过程，塑料碎片会释放大量微塑料（MNPs，粒径≤5.0 mm）（Alimi et al., 2018; Tao et al., 2025; Town et al., 2018; Zhang, K. et al., 2021）。微塑料可通过多种途径进入水生生态系统，例如工业排放、农业残留物、城市径流和塑料垃圾降解（Wang et al., 2022）。微塑料在全球范围内分布广泛，据报道淡水湖泊中的浓度为1.7–8.5颗粒/L（Zhang, Q. et al., 2021）。在海洋中，微塑料的丰度范围为0.002至62.50个/立方米（平均2.76个/立方米），而纳米塑料（NPs）的浓度约为1.5–32.0毫克/立方米（Hietbrink et al., 2025; NarwalKakakhel, 2025）。值得注意的是，微塑料对水生生态系统具有多方面的负面影响，例如干扰碳循环和抑制浮游植物等初级生产者（Wu et al., 2024）。此外，微塑料作为有效的载体，可以吸附环境污染物和病原体，从而增加生态和人类健康风险（Lee et al., 2023）。
作为持续累积的环境污染物，微塑料深刻改变了水生生态系统中的微生物群落结构和功能（Seeley et al., 2020a; Yang et al., 2020）。例如，在海水中，塑料表面的微生物群落与自然颗粒表面的微生物群落明显不同（Dussud et al., 2018）。微塑料在水生环境中形成了一个新的生态位，称为“塑料圈”（Ogonowski et al., 2018）。塑料圈中的微生物群落通常表现出α多样性降低（如物种丰富度指数和Simpson多样性指数）和β多样性增加（Seeley et al., 2020a; Yang et al., 2020）。这些微生物群落主要由变形菌门（Proteobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidota）和厚壁菌门（Firmicutes）主导（Frere et al., 2018; Gong et al., 2019），并伴有潜在的病原体，如Vibrio属和Arcobacter属（Kesy et al., 2019; McCormick et al., 2016）。此外，微塑料会干扰某些由微生物介导的关键生物地球化学过程。在沉积物中，聚氨酯泡沫-MNP和聚乳酸-MNP促进微生物介导的硝化和反硝化作用，而聚氯乙烯（PVC）-MNP则抑制这些过程，从而降低生态系统的营养循环效率和恢复力（Seeley et al., 2020b）。虽然群落水平的研究能够有效捕捉到微生物对微塑料的集体生态响应，但往往掩盖了驱动这些变化的单菌株水平上的细胞内机制。因此，准确理解微塑料的毒性需要系统地研究单个微生物的生理和生化反应，如酶活性和代谢途径。证据表明，聚苯乙烯（PS）-MNP可以抑制微生物的生长并引起氧化应激，长期暴露会通过改变细胞氧化还原状态和影响能量供应来降低ATP酶活性（Gao et al., 2025; Jiang et al., 2023; Meng et al., 2024; Yan et al., 2021）。然而，关于不同类型和大小的微塑料对单菌株水平微生物的生理毒性和代谢影响的研究仍然不足。
Bacillus cereus是一种革兰氏阳性、能形成孢子的细菌，普遍存在于水、土壤、空气和食物中（Bottone, 2010）。它具有强强的生物膜形成能力，产生胞外聚合物物质（EPS），并分泌酶（如蛋白酶、脂肪酶）（Majed et al., 2016）。从生态学角度来看，B. cereus及其代谢产物对营养循环（如氮和磷的转化）、有机物分解和水生系统的生物修复有重要贡献（Zhao et al., 2009）。鉴于这些代谢功能直接关系到维持水质和生态系统健康，任何由环境污染物引起的这些功能紊乱都可能损害关键的生物地球化学过程。因此，B. cereus是评估污染风险的生态学上有意义的物种。在酸性条件下，B. cereus的生长速率显著降低。酸胁迫会上调编码抗氧化酶（如超氧化物歧化酶SOD；过氧化氢酶CAT）的基因，并调节丙酮酸代谢（MolsAbee, 2011）。暴露于重金属和有机污染物会抑制细菌生长，同时激活抗氧化防御系统（Behera et al., 2014; Xie et al., 2023）。微塑料还会破坏B. cereus的氧化平衡，可能干扰其在水生营养循环中的生态功能。例如，PS-MNP浓度的增加会提高细胞内活性氧（ROS）的水平，改变抗氧化酶活性，并损害与氮转化和有机物降解相关的代谢功能（Kim et al., 2022; Yi et al., 2021）。此外，微塑料引起的氧化应激会导致水解酶活性下降，细胞表面电荷改变，以及EPS分泌增加，所有这些都可能损害参与营养循环的关键代谢途径（Wang et al., 2023a）。尽管已经确定了一些微塑料对B. cereus生理影响的机制，但对不同类型和大小的微塑料的毒性评估以及对代谢途径的分子水平研究仍不够充分。
在本研究中，我们使用B. cereus DFH-1来研究微塑料在单菌株水平上的生理毒性和代谢影响。为此，我们设定了三个具体目标：（i）比较不同聚合物类型（聚对苯二甲酸乙二醇酯，PET；PVC）和粒径（150.0 nm，5.0 μm）的微塑料对细菌生长和抗氧化酶（SOD和CAT）活性的影响；（ii）表征微塑料引起的细菌细胞形态改变；（iii）识别差异积累的代谢物（DAMs）并阐明微塑料暴露所破坏的关键代谢途径。研究结果揭示了微塑料对B. cereus DFH-1的生理和代谢功能的显著干扰模式，为评估微塑料的生物学影响和潜在风险提供了科学依据。
