聚苯乙烯纳米塑料通过细菌-真菌互作促进城市湖泊水生植物凋落物分解的生态机制

本研究针对纳米塑料(NPs)污染对湖泊生态系统功能的潜在威胁，通过微宇宙实验系统解析了聚苯乙烯纳米塑料(PS NPs)对水生植物苦草(Vallisneria natans)凋落物分解过程中细菌-真菌互作(BFI)的调控机制。研究发现高浓度PS NPs促使BFI从拮抗转为协同作用，显著提升关键菌属(Talaromyces、Fusarium等)丰度及酶活性，加速碳氮循环。该成果为评估NPs污染对水生生态系统功能的影响提供了理论依据。

　　

随着全球塑料污染加剧，纳米塑料(NPs)已成为威胁水生生态系统的新兴污染物。城市湖泊作为NPs的重要汇集地，其生态过程尤其脆弱。水生植物凋落物分解是湖泊碳氮循环的核心环节，这一过程高度依赖细菌和真菌的协同作用。然而，NPs如何影响细菌-真菌互作(BFI)进而调控分解过程，仍是环境科学领域的重大知识空白。

陕西理工大学的研究团队在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表研究，通过控制实验首次揭示PS NPs通过改变BFI性质促进苦草凋落物分解的生态机制。研究采用三因素实验设计（微生物组成×NPs浓度×时间），监测了微生物生物量、酶活性、群落结构及分解速率等指标。

关键技术包括：1) 微宇宙模拟系统构建；2) 流式细胞术定量微生物生物量；3) 高通量测序分析菌群结构；4) 酶标法测定β-葡萄糖苷酶(β-glucosidase)等关键酶活性；5) 元素分析仪测定碳氮释放量。

细菌和真菌生物量
实验发现BFI性质随NPs浓度发生根本转变：无NPs时真菌抑制细菌生长（拮抗作用），而100 mg/L PS NPs下混合处理组生物量显著高于单一菌群处理组（协同作用）。这种转变与NPs浓度呈正相关。

凋落物分解速率
高浓度PS NPs使细菌-真菌混合组的分解速率提升37.5%，同时促进钾、磷等营养盐释放。宏基因组分析显示，NPs富集了具有木质素降解能力的真菌属(Talaromyces)和寡营养型细菌(Sphingomonas)。

酶活性变化
PS NPs显著改变微生物酶谱：β-葡萄糖苷酶(EC 3.2.1.21)活性在50 mg/L NPs时达峰值，而亮氨酸氨基肽酶(EC 3.4.11.1)则持续受抑。这种差异响应表明NPs对碳氮代谢途径存在选择性调控。

讨论与结论
该研究突破性地揭示NPs可通过重构微生物互作网络来加速生态过程：1) 高浓度NPs增加微生物生态位宽度，促进功能冗余菌群增殖；2) 关键类群(Talaromyces等)的富集增强木质素降解能力；3) 酶活性变化反映NPs对代谢通路的特异性调控。这些发现为预测NPs污染对水生生态系统功能的长期影响提供了新范式，尤其警示城市湖泊可能面临加速的有机质周转和营养级联效应。研究建立的NPs-BFI-分解效率关联模型，为制定湖泊NPs污染阈值标准奠定了理论基础。