在集约农业区域采集的聚丙烯和低密度聚乙烯基材料表面的微生物多样性（“塑料圈”）

《MicrobiologyOpen》：Microbial Diversity of the Surface of Polypropylene and Low Density Polyethylene-Based Materials (Plastisphere) From an Area Subjected to Intensive Agriculture

农业塑料填埋场中LDPE和PP微塑料表面细菌群落多样性及功能分析表明，β多样性分析显示不同塑料上的群落结构差异，但α多样性无显著差异。功能预测显示LDPE微塑料可能涉及物理和生物降解过程，而PP微塑料与特定农药降解相关。Cyanobacteria和Deinococcota在塑料表面比例显著高于背景土壤。

　　
西班牙东南部农业区的研究揭示了不同塑料材质（低密度聚乙烯LDPE和聚丙烯PP）对土壤微生物群落结构及功能的影响差异。研究团队通过宏基因组测序和傅里叶变换红外光谱技术，系统分析了塑料微粒周围（plastisphere）及非污染土壤的微生物组成与代谢特征，发现以下关键规律：

一、微生物群落结构特征
1. α多样性（物种丰富度与多样性指数）显示，LDPE和PP塑isphere的细菌多样性水平与周边土壤无显著差异，但β多样性分析表明两者均形成独特群落结构。通过非欧氏空间多维尺度分析（NMDS）发现，PP塑isphere与LDPE塑isphere分别形成独立集群，与塑料-free土壤存在明显分离。

2. 税onomy组成显示，Cyanobacteria（蓝细菌）和Deinococcota（德诺球菌门）在两种塑料周围丰度显著高于土壤环境，可能与塑料表面吸附的微量有机物有关。PP塑isphere中Firmicutes（放线菌门）和Myxococcota（蓝菌门）丰度较低，而LDPE塑isphere中显示更强的光能自养代谢特征。

二、功能代谢特征差异
1. LDPE塑isphere的代谢网络呈现更强的生物合成能力：
- 显著富集光能自养相关途径（包括质体蓝素合成、维生素E代谢等）
- 甲基辅酶M还原酶（MCR）相关基因丰度升高，提示可能存在烷烃类代谢途径
- 苯甲酸降解途径和甲胺氧化酶活性增强，暗示塑料添加剂的分解能力

2. PP塑isphere的功能特征更偏向环境适应：
- 五氯苯酚（Pentachlorophenol）降解相关基因显著富集
- NAD salvage（烟酰胺核糖胺合成）途径活性增强
- 磷脂酶代谢能力突出，可能与土壤有机质分解相关

三、环境交互作用机制
研究证实塑料材质直接影响其周围微生物群落的演替路径：
1. 光照降解效应：LDPE表面更容易积累光解产物，促进蓝细菌等光能自养菌的生长
2. 材料化学特性差异：PP的疏水性使其更易吸附有机污染物（如五氯苯酚），而LDPE的亲水性则有利于氨态氮转化
3. 添加剂迁移特征：LDPE表面富集聚乙二醇（PEG）等添加剂，促进相关微生物的甲烷代谢活动

四、环境健康启示
1. 塑料污染生态学：农业塑料废弃物作为新型微生境，催生独特的Cyanobacteria/Deinococcota优势菌群，这类微生物可能具有降解塑料添加剂的潜在能力
2. 环境风险防控：PP塑isphere中发现的五氯苯酚降解基因，提示需警惕持久性有机污染物（POPs）在塑料污染中的二次迁移
3. 生物修复潜力：研究分离的Comamonadaceae（鞘氨酸单胞菌科）和Rhodobacteraceae（红球菌科）具有降解PET和PP的已知能力，验证了土壤塑ispheres作为生物修复资源库的可能性

五、方法学创新
研究采用多组学整合策略：
1. 基于16S rRNA的宏基因组测序结合ATR-FTIR化学表征，实现微生物群落与塑料材质的精准关联
2. 开发"环境-材料-微生物"三维分析模型，首次揭示农业塑料废弃物的光降解特性与微生物功能网络的耦合机制
3. 引入隐马尔可夫模型（HMM）进行代谢通路预测，发现塑料添加剂降解与光能自养存在协同进化关系

该研究为农业塑料污染治理提供了新视角：建议建立基于塑料材质的功能菌群数据库，开发靶向降解特定添加剂的生物修复技术。同时需关注蓝细菌在土壤中的生态位分化，防止光降解塑料微粒导致的生物膜过度发育。研究数据已公开于NCBI SRA数据库（PRJNA1207528），为后续功能基因组学研究奠定了基础。