微塑料通过根际效应降低小麦净光合速率的机制研究

本研究针对微塑料（PE和PVC）积累通过根际微生物群落影响小麦净光合速率（NPR）的机制展开探索。通过盆栽实验发现，PE5%和PVC（1%、5%）处理显著降低超氧化物歧化酶（SOD）活性（15.35–36.7%）、提高过氧化物酶（POD）活性（32.47–61.93%），导致NPR下降17.94–23.81%。结合土壤酶活性和微生物多样性分析，揭示了微塑料通过改变根际细菌/真菌群落结构与功能，协同调控小麦抗氧化防御与光合效率的路径，为土壤-作物系统微塑料污染治理提供理论依据。

　　

随着农业地膜的大规模使用，微塑料在土壤中的累积已成为全球性环境问题。这些直径小于5毫米的颗粒不仅改变土壤物理结构，更通过复杂的生物地球化学过程影响作物生长。小麦作为全球主要粮食作物，其光合效率直接关系到产量形成。然而，微塑料如何通过根际微生物群落这一"桥梁"间接调控小麦净光合速率（Net Photosynthetic Rate, NPR），至今仍是未解之谜。

中国农业科学院的研究团队在《Journal of Integrative Agriculture》发表的研究，首次揭示了聚乙烯（PE）和聚氯乙烯（PVC）微塑料通过根际效应影响小麦NPR的双重机制。研究采用盆栽实验设计，设置0%、1%、5%（w/w）三种微塑料添加浓度，结合高通量测序和酶活性检测技术，系统解析了土壤-微生物-作物系统的响应规律。

关键实验技术：

1. 盆栽模拟实验体系构建（含BS/RS分层采样）
2. 光合参数测定系统（LI-6400XT）
3. 超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化物酶（POD）活性检测
4. 16S rRNA/ITS高通量测序（细菌/真菌群落分析）
5. 结构方程模型（SEM）路径分析

微塑料对光合生理的直接影响
PE5%和PVC（1%、5%）处理使小麦NPR显著降低17.94–23.81%。同步检测发现SOD活性下降15.35–36.7%，而POD活性上升32.47–61.93%，表明微塑料打破了活性氧代谢平衡，触发抗氧化防御系统的重组。

根际与非根际微生物的差异化响应
在PE1%和PVC5%处理下，根际土壤（RS）的细菌/真菌Chao1、Shannon、Simpson指数均显著高于非根际（BS）。网络分析显示细菌群落复杂度降低而真菌升高，这种"此消彼长"的格局可能改变微生物的养分转化功能。

微生物功能与土壤酶活的关联
Mantel检验表明，BS中细菌/真菌多样性与Olsen-P（有效磷）和磷酸酶正相关，而RS中则与NO₃
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和β-1,4-葡萄糖苷酶关联更强。这提示微塑料通过改变微生物的碳氮磷循环功能，间接影响小麦养分获取。

作用机制的整合解析
结构方程模型显示，土壤水解酶活性和小麦抗氧化酶系统共同解释NPR变异的68.4%。其中POD活性的提升具有"双刃剑"效应：既通过清除过氧化物保护细胞器，又可能过度消耗光合作用同化力。

该研究创新性地提出"微塑料-根际微生物-作物光合"的级联效应框架，证实不同聚合物类型（PE/PVC）通过特异性改变微生物群落结构，进而调控宿主植物的生理响应。发现小麦通过提高POD活性形成适应性防御策略，这为选育抗微塑料胁迫作物品种提供了分子靶点。研究结果对评估农业微塑料污染的生态风险、制定土壤修复策略具有重要指导价值。