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为探究微塑料(MPs)与抗生素在土壤中复合污染问题,研究人员以 PE、PA、PVC 三种 MPs 与四环素(TC)为对象,研究其对土壤微生物群落及 ARGs 的影响。发现复合污染影响更显著,TC 与 PVC、PE 组合使 tetC 基因丰度增加,为相关研究提供数据支撑。
在土壤环境中,微塑料(MPs)因其难降解性和吸附特性,极易与抗生素残留形成复合污染,对土壤生态系统构成潜在威胁。目前,多数研究聚焦于土壤动物和植物,针对土壤微生物的研究却局限于聚苯乙烯(PS)与喹诺酮类抗生素等特定组合,而关于聚乙烯(PE)、聚酰胺(PA)、聚氯乙烯(PVC)等常见微塑料与四环素类抗生素联合污染的研究尚不充分,其对土壤理化性质、酶活性及抗生素抗性基因(ARGs)增殖的影响也亟待深入探究。
为填补这一研究空白,相关研究人员开展了土壤培养实验,旨在揭示不同类型微塑料与四环素(TC)复合污染对土壤的多重影响。研究通过 120 天的培养周期,在多个时间点分析土壤理化性质、酶活性、微生物群落及 ARGs 的变化,并探讨各因素间的相关性,研究成果发表在《Environmental Pollution》。
研究采用的主要关键技术方法包括:采集苏州地区表层 1 - 20 cm 土壤(去除顶部 1 cm),经风干、过 2 mm 筛后用于实验;设置 8 个处理组,涵盖 PVC、PE、PA 三种微塑料(浓度 2%,w/w)与 TC 的不同组合;测定土壤 pH、溶解有机碳(DOC)、有机质(SOM)等理化指标;分析过氧化氢酶(CAT)等酶活性;借助微生物组学技术解析细菌群落结构;运用分子生物学手段检测 ARGs(如 tetC 基因)及整合子基因 intl1 的丰度。
土壤理化性质与酶活性变化
研究发现,添加 MPs 和 TC 后,土壤 pH 呈下降趋势,而 DOC 和 SOM 含量增加。与单一污染相比,复合污染对土壤理化性质的影响更为显著,这可能与微塑料和 TC 的吸附特性改变土壤酸碱平衡有关。在酶活性方面,TC 显著抑制过氧化氢酶(CAT)活性(P < 0.05),PVC 和 PA 对酶活性的影响则呈现不同模式。
微生物群落结构的响应
复合污染对细菌群落多样性产生显著影响,其中 TC 与 PA 的组合对细菌多样性的作用最为突出。具体表现为放线菌门(Actinobacteria)的相对丰度增加,子囊菌门(Ascomycetes)的相对丰度受到显著影响。研究表明,微塑料类型的差异会导致微生物群落结构的不同变化,揭示了复合污染对土壤微生物生态的复杂干扰。
抗生素抗性基因(ARGs)的分布与关联
TC 与 PVC、PE 的复合污染显著提高了 tetC 基因的绝对丰度。整合子基因 intl1 与所有目标 ARGs 呈正相关,表明水平基因转移(HGT)是 ARGs 富集的重要机制。此外,子囊菌门(Ascomycetes)、酸杆菌门(Acidobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)和无形体属(Anaplasma)等细菌类群与 ARGs 密切相关,被确认为土壤中 ARGs 的主要宿主。
研究结论与意义
本研究系统阐明了微塑料与四环素复合污染对土壤生态系统的多重效应,证实复合污染的影响远大于单一污染。研究结果不仅揭示了不同微塑料类型与抗生素组合对土壤理化性质、酶活性、微生物群落及 ARGs 的特异性作用,还明确了 ARGs 的潜在宿主及水平转移机制。这些发现为深入理解土壤中微塑料与抗生素复合污染的生态风险提供了关键数据,有助于制定针对性的土壤污染防控策略,对保护土壤生态健康和公共卫生安全具有重要意义。研究通过多维度分析,为土壤污染领域的跨学科研究提供了新视角,推动了复合污染机制解析与风险评估的发展。