材料效应：生物可降解塑料PHB、传统HDPE与竹材对海洋潮间带沉积物细菌群落的影响解析

本研究针对塑料污染对海洋生态的威胁，通过258天的野外实验，首次系统比较了生物可降解塑料PHB、传统高密度聚乙烯HDPE和天然竹材对地中海潮间带沉积物细菌群落的影响。研究发现测试材料会显著改变周边沉积物的细菌群落结构，其中可降解材料（PHB和竹材）能诱导更多独特菌群，且PHB表面生物膜与接触沉积物菌群差异显著。该成果为评估塑料替代品的生态影响提供了重要依据，发表于《Heliyon》。

　　

塑料污染已成为全球性环境危机，2023年全球塑料产量达4.138亿吨，其中高密度聚乙烯(HDPE)因稳定性强难以降解，在海洋环境中持续累积。为应对这一挑战，生物基可降解材料如聚羟基烷酸酯(PHAs)应运而生，其中聚羟基丁酸酯(PHB)因其机械性能接近传统塑料且可生物降解，被视为理想替代品。然而这些材料进入海洋后的生态影响尚不明确。现有研究多聚焦塑料表面"塑料圈"(plastisphere)生物膜，对周边沉积物菌群的影响知之甚少，特别是潮间带沙滩这类重要却研究不足的生态系统。

来自德国汉诺威莱布尼兹大学等机构的研究团队在《Heliyon》发表研究，通过258天的野外实验，首次系统比较了PHB、HDPE和竹材对地中海潮间带沉积物细菌群落的影响。研究采用标准化测试框架(HYDRA?)将材料埋入沉积物10厘米深处，模拟潮间带干湿交替环境。通过16S rDNA测序分析接触沉积物、非接触沉积物及PHB生物膜的菌群组成，结合α/β多样性分析和统计学检验，揭示了材料类型对菌群结构的特异性影响。

细菌群落结构分析显示，测试材料接触沉积物与自然沉积物的α多样性相似，但稀有物种比例显著降低。β多样性分析表明，每种材料都形成了独特的菌群微环境，PHB和竹材等可降解材料诱导出更多独特菌目。PHB生物膜中PHB降解菌目(如脱硫杆菌目Desulfobacterales)丰度高达22.7%，显著高于接触沉积物(4.5%)，证实材料表面对菌群的影响最为显著。

在菌群组成方面，PHB接触沉积物中脱硫杆菌目丰度提升，竹材接触沉积物中鞘脂单胞菌目(Sphingomonadales)和梭菌目(Clostridiales)显著富集，这些菌群可能参与纤维素降解。HDPE接触沉积物则显示出放线菌目(Actinomycetales)和芽孢杆菌目(Bacillales)的富集，暗示其对HDPE降解产物的潜在利用能力。有趣的是，脱硫杆菌目与梭菌目在可降解材料组中呈现协同增长模式，可能通过乙酸代谢形成互作网络。

该研究首次证实塑料及其替代品的影响远超表面生物膜，会显著改变周边沉积物菌群结构，且这种影响具有材料特异性。可降解材料诱导更显著的菌群变化，可能与其降解过程中释放特定代谢产物有关。研究为评估塑料替代品的生态风险提供了新视角，强调未来研究需关注材料在整个生态系统中的"影响范围"。局限在于258天的观察期未能捕捉材料完全降解后的菌群恢复过程，且实验设计中材料间距较近可能存在交叉影响。建议后续研究采用独立容器、延长观察周期，并结合宏基因组学等技术解析菌群功能变化。

这项由Aniruddha Bhalerao领衔的研究得到德国联邦食品与农业部资助，其创新性在于将塑料生态影响研究从表面生物膜扩展到周边环境，为制定更全面的塑料污染评估框架奠定了基础。随着PHAs产量预计在2027年翻倍，这类研究对指导可持续材料开发和应用具有重要现实意义。