利用有益微生物缓解微塑料（原始与老化）对植物健康及氧化平衡的负面影响：机制与调控研究

本研究针对微塑料（MPs）污染对农业生态系统的严重威胁，特别是老化MPs比原始MPs具有更高毒性这一问题，研究人员通过接种真菌（Trichoderma longibrachiatum, TD）和细菌（Bacillus subtilis, BS）微生物，系统探究了其对玉米生长、氧化应激、抗氧化防御系统、AsA-GSH循环及乙二醛酶系统的调控作用。结果表明，微生物接种尤其是TD+BS联合处理能显著增强植物免疫力，有效降低氧化应激，恢复氧化还原稳态，从而改善植物生长和生物量。该研究为利用微生物缓解MPs污染提供了理论依据和技术支撑，对推动可持续农业发展具有重要意义。

　　

随着塑料制品的大量使用，微塑料（Microplastics, MPs）污染已成为全球性的环境问题，尤其在农业生态系统中，MPs对土壤健康、植物生长和农业生产力的负面影响日益凸显。更令人担忧的是，经过环境老化过程的MPs（aged-MPs）比原始MPs（raw-MPs）具有更高的毒性，因为它们表面经过长期暴露和改性，更易与污染物相互作用，并产生活性氧（Reactive Oxygen Species, ROS），从而加剧植物的氧化应激。因此，如何有效缓解MPs胁迫，保障农业可持续发展，并阻止MPs进入食物链，已成为当前研究的热点。

在这一背景下，研究人员探索了利用有益微生物来缓解MPs胁迫的潜力。本研究通过接种真菌Trichoderma longibrachiatum（TD）和细菌Bacillus subtilis（BS），系统评估了它们对玉米（Zea mays）在raw-MPs和aged-MPs胁迫下的生长、氧化应激生物标志物、抗氧化防御系统、抗坏血酸-谷胱甘肽（AsA-GSH）循环和乙二醛酶系统的调控作用。研究发现，aged-MPs比raw-MPs对植物生长、生物量、氧化应激和抗氧化系统具有更严重的负面影响，而微生物接种能显著增强植物免疫力，通过提高抗氧化酶活性、上调应激响应基因、恢复AsA-GSH循环和乙二醛酶系统，最终改善植物生长和生物量。该研究发表在《Plant Stress》上，为利用微生物技术缓解MPs污染提供了重要理论与实践依据。

研究人员主要采用了以下关键技术方法：通过扫描电子显微镜（SEM）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析了MPs的表面形态和化学变化；利用温室实验设计，设置了不同处理组（包括对照、TD接种、BS接种及TD+BS联合接种），并测量了植物生长参数、光合性能、氧化应激标志物（如H₂O₂、MDA、LOX活性）、抗氧化酶活性（如SOD、CAT、APX、GR）、AsA-GSH循环组分（如AsA、GSH、DHA、GSSG）以及相关基因表达（如MAPKs）；采用qRT-PCR技术分析了基因表达变化；并通过统计学方法（如二因素方差分析、Bliss独立性模型）评估了处理效应和协同作用。

研究结果部分，首先通过SEM和FTIR分析证实了aged-MPs表面更粗糙且具有氧化特征（如羰基和羟基基团），这增加了其反应性和毒性。在植物生长和光合参数方面，aged-MPs胁迫显著降低了植物高度、鲜重和SPAD值，而微生物接种（尤其是TD+BS联合处理）显著改善了这些参数，且联合处理表现出协同效应。在氧化应激方面，aged-MPs增加了H_{22、O2^•?、LOX活性、MDA和MG水平，指示了严重的氧化损伤和脂质过氧化；微生物接种有效降低了这些应激标志物，并增强了抗氧化酶活性和AsA-GSH循环功能。在分子机制上，微生物接种上调了MAPK基因（如MAPK2、MAPK3、MAPK6）的表达，并调节了脯氨酸代谢相关酶（如P5CR、P5CS、OAT、ProDH）的活性，从而增强了植物的应激耐受性。多变量分析（PCA和HCA）进一步显示了处理间的显著分离和微生物接种的正向调控作用。}

综上所述，本研究揭示了aged-MPs比raw-MPs对玉米植物具有更强的毒性效应，但通过接种TD和BS微生物（尤其是联合应用），可以显著缓解MPs诱导的氧化应激，通过增强抗氧化防御、调节应激信号通路和恢复代谢稳态来促进植物生长和健康。这些发现不仅深化了对MPs生态毒理机制的理解，而且为开发基于微生物的生物修复策略提供了科学依据，对应对MPs污染、推动农业可持续发展具有重要意义。未来研究需进一步探索微生物联合技术在田间试验中的应用及其与可持续农业实践的整合。