微塑料PA66共培养对黄孢原毛平革菌镉去除能力的影响：剂量依赖性与暴露后效应

《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Effect of co-development with microplastic PA66 on cadmium removal capacity of Phanerochaete chrysosporium: Dose dependence and Post-exposure effect

　　

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  PA66微塑料共暴露对金孢色拟栓菌去除Cd²⁺产生暴露后效应。
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  高剂量PA66预暴露将Cd²⁺去除效率从约65%降低至仅45%。
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  低/中剂量PA66增强胞外MnP/LiP及抗氧化酶活性。
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  高剂量PA66引发解偶联：胞内防御升高但胞外结合受抑。
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  SEM-EDS/FTIR显示菌丝变细、C/N富集及Cd²⁺结合基团（-OH、-COOH）丧失。

引言

农业化学品、电镀、采矿作业、矿石加工、塑料、纺织、化肥和农药等行业的废水含有各种不可生物降解的重金属[1]。重金属因其高密度和高原子量而威胁人类健康和水生生态系统[2]。镉（Cd）、铅（Pb）、汞（Hg）、锌（Zn）和铜（Cu）等有毒重金属即使在极低浓度下也能引起严重的健康问题并污染环境，进一步影响神经系统和生殖系统[3]、[4]。特别是，高毒性的Cd²⁺被认为极难去除，并被认为是环境和人类健康最具危害性的污染物之一。因此，有效去除Cd²⁺被认为对于保护水环境和人类健康至关重要。

已采用多种方法从水中去除重金属，例如膜技术、沉淀法、沸石离子交换树脂、絮凝法、植物修复、电化学方法、高级氧化工艺和吸附法[5]、[6]、[7]。总体而言，这些方法能够去除广泛的重金属，但其缺点包括能耗增加、需要添加化学品以及可能产生二次污染。相比之下，生物修复被认为是一种新兴且极具前景的处理策略。该策略利用微生物的代谢活性，通过沉淀、转化或吸附来降低水中重金属的浓度和毒性。这种方法被认为具有无毒过程、成本低以及特别适用于处理低浓度金属等优点[8]。

主要机制涉及胞外聚合物（EPS）的产生。EPS官能团中带负电的原子（如羧基、磷酸基、硫酸基、氨基和酰胺基）与细胞表面的重金属离子形成络合物或螯合物。该过程有效地从废水中吸附重金属[9]。其中，金孢色拟栓菌被认为是最广泛使用的重金属去除真菌，其优势包括易于培养、易于获取和高生物量产率[10]、[11]。例如，在初始浓度为50?mg·L^-1时，铅的去除率超过90%[12]。该真菌对镉的去除率为96.23%，对镍的去除率为89.48%，进一步证实了白腐真菌在重金属修复中的适用性[13]。此外，Zhao等[14]报道，P. chrysosporium的铅吸附能力与其初始浓度呈负相关，且与生物量使用水平、环境pH值和吸附接触时间密切相关。

微塑料（MPs）通常被定义为小于5?mm的塑料颗粒或碎片[15]。作为一种新兴污染物，微塑料因其广泛分布和难以降解而成为全球性的环境关注焦点。例如，尼龙是一种工程塑料，广泛应用于电子、电气工程和汽车制造[16]。预计到2050年全球尼龙聚合物存量将达到7.7亿吨，到2100年将接近15亿吨[17]。已有文献记载，尼龙在全球自然环境中广泛存在[18]、[19]、[20]。尼龙微塑料被认为具有环境威胁，不仅因为它们可能对暴露的水生物种造成潜在危害，还因为其极小的尺寸和高的比表面积而被用作抗生素和重金属等污染物的载体。这样，这些污染物的传输得到了促进，水环境污染被加剧[21]。值得注意的是，尽管许多研究关注了微塑料暴露对生物功能的影响，但微塑料和重金属在暴露中的时空不一致性往往被忽视。暴露序列的变化被认为会显著改变复合系统中污染物之间的相互作用动态[22]。"残留毒性"的概念由Ashauer等[23]于2010年提出，并指出在暴露于有毒物质后，生物体即使能够存活于初始暴露，也可能遭受持续性损伤，导致生物功能的长期损害。

以往研究主要关注共存的微塑料和重金属对微生物去除重金属效率的影响，同时也调查了相关的生理生化响应。然而，本研究系统地调查了不同PA66共暴露剂量对P. chrysosporium去除Cd²⁺的影响。系统调查了不同PA66共暴露剂量下P. chrysosporium对Cd²⁺的去除效率，以及Cd²⁺去除过程中pH、细胞活力、MDA、锰过氧化物酶（MnP）、木素过氧化物酶（LiP）和抗氧化酶（SOD、CAT和POD）活性的变化。此外，进行了扫描电子显微镜（SEM）、能量色散X射线光谱（EDX）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析，以帮助阐明PA66的作用机制及P. chrysosporium相关的生理生化响应。

章节摘要

微生物、微塑料与培养基

P. chrysosporium购自中国典型培养物保藏中心（武汉）。每个250?mL锥形瓶分别加入100?mL液体培养基。PA66粉末（200目，纯度≥99.9%，Sigma-Aldrich）按原样使用。通过衰减全反射傅里叶变换红外光谱（FTIR，Thermo Nicolet iS10）在4000–400?cm^-1范围内确认了该材料的化学身份。光谱在3300?cm^-1（N–H伸缩振动）处显示出特征性的PA66吸收峰，

PA66剂量和Cd²⁺浓度对Cd²⁺去除效率的影响

时间序列和平衡吸附数据被拟合到经典动力学和等温模型。拟合参数总结于表S1和S2。这些观察结果与近期研究一致，表明活真菌生物吸附系统由于代谢活性、表面重塑和多机制去除过程，往往偏离经典模型预测[14]。还进行了非生物对照实验，PA66剂量范围为0.1至10?g·L^-1，

讨论

CAT将过氧化氢（H₂O₂）歧化为水和分子氧。该反应对于维持细胞氧化还原稳态和减轻ROS积累至关重要。CAT活性的变化被广泛采用为环境胁迫的敏感生物标志物。在暴露于微塑料、重金属或其组合的情况下，CAT的显著激活已被报道。例如，在生菜根际微生物群落的暴露下观察到类似的协同效应，

结论

本研究系统地调查了与PA66微塑料共暴露对P. chrysosporium去除Cd²⁺的残留效应。Cd²⁺去除效率被发现从仅真菌系统中的约65%降低到低剂量PA66共暴露（0.1和1?g·L^-1）下的50–60%，在高剂量共暴露（10?g·L^-1）下进一步降低至仅45%。系统pH值观察到先降低，然后在144?h时上升至6.5以上，同时MDA积累和减少

未引用参考文献

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CRediT作者贡献声明

Jianhong Lu：指导，资金获取。Zhongxian Song：写作——审阅与编辑，指导，资源。Wangbang Niu：验证，调查，形式分析。Zhenzhen Huang：写作——审阅与编辑，指导，方法论，概念化。Geyuan Cui：写作——原稿，可视化，验证，软件，方法论，调查，形式分析，数据整理，概念化。Yanli Mao：指导，资源，资金获取。Haiyan Kang：项目

利益冲突声明

作者声明，他们没有已知的竞争财务利益或个人关系可能会影响本文所报告的工作。

致谢

本工作得到河南省科技研发计划联合基金项目（252103810063）、河南省重点科技攻关项目（262102320083）、中原英才计划（ZYYCYU202012183）、河南城建学院学术带头人项目（YCJXSJSDTR202501）以及河南省研究生教育改革项目（No. 2025SJGLX097Y）的支持。

Geyuan Cui|Wangbang Niu|Zhenzhen Huang|Jianhong Lu|Zhongxian Song|Biao Liu|Haiyan Kang|Deming Gu|Yanli Mao