综述：土壤微生物在微塑料生物降解中的作用：机制、碳偏好与生态影响

《Environmental Microbiology Reports》：The Role of Soil Microorganisms in Microplastic Biodegradation: Mechanisms, Carbon Preferences, and Ecological Impacts

本文系统探讨了土壤微塑料（MPs）污染背景下微生物群落的响应机制，重点分析了土壤有机碳（SOC）有效性如何影响微生物对MPs衍生聚合物的降解偏好。综述指出，尽管MPs本身是碳基材料，但其独特结构限制了其作为天然有机碳源的可利用性；微生物通过协同酶解（如酯酶、漆酶等）实现MPs的生物破碎与矿化，且可降解MPs可能通过共代谢途径影响土壤碳循环效率（CUE）。研究强调需关注MPs不完全降解导致的生态风险（如重金属吸附）及微生物群落结构（如富营养型vs寡营养型）演变对土壤健康的深远影响。

　　

土壤微塑料生物降解的微生物机制

微塑料（MPs）作为新兴土壤污染物，通过改变微生物栖息环境与碳源可利用性，深刻影响土壤生态功能。微生物对MPs的降解依赖于特异性酶系（如酯酶、漆酶、过氧化物酶）的协同作用，涉及生物膜定殖、聚合物链断裂及单体同化等连续过程。典型MPs降解菌（如变形菌门、厚壁菌门）和真菌（如子囊菌门）通过分泌胞外酶启动初始降解，生成低聚物或单体后由胞内酶进一步代谢为CO₂或微生物生物质。

碳源竞争与微生物代谢策略

土壤有机碳（SOC）的有效性显著调控微生物对MPs衍生碳的利用偏好。当易降解SOC充足时，微生物可能优先利用传统碳源；而在碳限制条件下，部分革兰氏阴性菌（如^{Ideonella sakaiensis}）可特异性表达PET降解酶（PETase），将聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）解聚为对苯二甲酸和乙二醇。共代谢现象在此过程中至关重要：微生物在利用主碳源生长时，非特异性酶可同步转化MPs聚合物，尤其可生物降解MPs（如PHA）会激发“正启动效应”，加速SOC矿化。

微生物群落结构与功能响应

MPs污染诱导土壤微生物群落向富营养型（r-策略）菌群倾斜，如变形菌门（^{Proteobacteria}）和放线菌门（^{Actinobacteria}）丰度上升，而真菌群落（特别是丛枝菌根真菌）对MPs胁迫更为敏感。这种群落重构进一步影响碳利用效率（CUE）：MPs添加可能通过改变溶解性有机碳组分与微生物β多样性，促使碳分配向微生物生物质合成倾斜，但长期暴露可能因毒性单体积累抑制CUE。

生态风险与碳循环调控

MPs不完全降解会增大比表面积，增强对重金属（如Pb、As）和持久性有机污染物的吸附能力，形成复合污染。可生物降解MPs（如PLA）的缓慢降解可能延长生态风险周期，而MPs与土壤颗粒形成的团聚体则改变孔隙结构，影响水分运移与气体交换。微生物对MPs的降解能力受环境因子（温度、pH、氧含量）严格制约，且不同聚合物类型（PE、PS、PVC）的降解动力学差异显著，凸显了精准评估MPs生态效应的必要性。

研究局限与未来方向

当前研究多局限于实验室条件，难以模拟真实土壤中MPs老化、生物扰动等复杂过程。未来需结合宏基因组学与稳定同位素示踪技术，解析MPs降解功能基因（如^alkB、^CYP450）的表达调控网络，并关注MPs-土壤-植物系统的互作机制，为土壤塑料污染治理提供理论依据。