聚乳酸微塑料抑制龙葵镉积累的微生物组与代谢组学机制研究

《Environmental Research》：Polylactic acid microplastics inhibit Cd accumulation and growth of Solanum nigrum L.: Insights from microbial communities and metabolomic profiles

本文系统揭示了可生物降解微塑料（PLA-MPs）通过调控土壤微生物群落（如Azotobacter、Citrifermentans等）和植物代谢通路（生长素合成抑制、叶绿素降解加速），显著降低超积累植物龙葵（Solanum nigrum L.）对镉（Cd）的富集能力。研究为可降解微塑料与重金属复合污染条件下的植物修复策略提供了新见解。

　　

Highlight

材料准备

龙葵（Solanum nigrum）种子采集自中国科学院沈阳生态实验站。使用前，种子在2%（体积比）过氧化氢溶液中消毒30分钟，并用蒸馏水彻底冲洗。实验用表层土壤（0-20厘米层）取自中国青岛黄岛区胶南农田（东经119°41′，北纬35°39′）。土壤在室温下风干，去除石块等大颗粒物。

PLA-MPs和Cd对土壤理化性质的影响

污染暴露显著影响土壤理化性质（表2）。单独添加PLA-MPs显著降低土壤pH值（P < 0.05），1% PLA-MPs处理使pH降至5.44（C3组）。同样，PLA-MPs与Cd复合污染也显著降低土壤pH，而单独Cd处理对酸度无显著影响。对于土壤电导率（EC），Cd暴露呈现不显著的升高趋势，而PLA-MPs则显著降低EC（P < 0.05）。

PLA-MPs和Cd对土壤理化性质的影响

PLA-MPs无论是否与Cd共存均显著降低土壤pH，这与多项独立研究结果一致（Liu等，2024a；Yu等，2024；Feng等，2022）。Liu等（2023a）证明土壤pH随PLA-MPs浓度增加呈剂量依赖性下降。类似地，Gong等（2024）观察到PLA-MPs处理使干燥土壤pH从5.45显著降至4.94。由于PLA是聚乳酸聚合物，其解聚过程会向土壤中引入酸性官能团。

结论

本研究通过盆栽实验，利用镉超积累植物龙葵（S. nigrum）探究了可生物降解微塑料（PLA-MPs）对Cd积累的影响及其机制。高剂量PLA-MPs显著降低了龙葵对Cd的积累，这与植物生物量和Cd浓度的同步下降相关。代谢组学分析表明，复合污染显著抑制了生长素（Auxin）生物合成和信号转导，并加速了叶绿素降解。