《Marine Environmental Research》：Salinity-dependent Effects of Erythromycin on Biofilm Development and Conjugative Plasmid Transfer on Poly(vinyl chloride) Microplastics
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摘要微塑料（MPs）和抗生素在淡水生态系统中频繁共存，并共同影响抗生素抗性基因（ARGs）的传播。然而，盐度作为河口和沿海地区一个高度动态的因素，其调控作用仍未得到充分探索。本研究调查了红霉素（ERY）在不同盐度水平（5‰、10‰和15‰）下对聚氯乙烯（PVC）微塑料上生物膜
摘要
微塑料（MPs）和抗生素在淡水生态系统中频繁共存，并共同影响抗生素抗性基因（ARGs）的传播。然而，盐度作为河口和沿海地区一个高度动态的因素，其调控作用仍未得到充分探索。本研究调查了红霉素（ERY）在不同盐度水平（5‰、10‰和15‰）下对聚氯乙烯（PVC）微塑料上生物膜发育和RP4质粒接合转移的影响。结果表明，微塑料的疏水性随盐度增加而增大，而ERY吸附能力的顺序为：5‰ > 15‰ > 10‰。较高的盐度（15‰）促进了微塑料上生物膜的生物量和胞外聚合物（EPS）分泌。值得注意的是，微塑料相关生物膜内的接合转移频率始终高于浮游培养物。在不同盐度下，生物膜中的接合频率呈现U形趋势，5‰和15‰下的转移率高于10‰。关键的是，ERY对质粒转移的影响具有高度的盐度依赖性，即在5‰和10‰下添加ERY促进了接合转移，而在15‰下则显著抑制了接合转移。生理评估表明，暴露于不同盐度和ERY诱导了非致死性氧化应激，表现为活性氧升高和抗氧化酶（过氧化氢酶和超氧化物歧化酶）上调，而脂质过氧化（丙二醛）保持相对较低水平。同时，胞内脯氨酸积累和细胞膜通透性随盐度升高而显著增加。这些发现提供了直接的实验证据，表明盐度波动和抗生素残留共同改变了微塑料上细菌的生理状态和抗生素抗性传播，这凸显了在生态风险评估中考虑动态环境变量的必要性。
引言
微塑料（MPs, <5 mm）和抗生素是两类在淡水生态系统中广泛共存的新兴污染物（Wei et al., 2023）。MPs和抗生素都能深刻影响微生物群落，并可能影响抗生素抗性的环境传播（Liu et al., 2025; Wei et al., 2023）。MPs为微生物殖民和生物膜发育提供了持久表面，从而创建了与周围环境明显不同的微生境（Ye et al., 2021; Zhai et al., 2023）。抗生素即使在亚抑制浓度下，也能改变微生物生理和水平基因转移（Chadha and Khullar, 2021）。此外，抗生素可能通过多种物理化学相互作用吸附到MPs表面（Wang et al., 2021），并具有刺激生物膜形成和升高MP相关生物膜抗性水平的能力（Guo et al., 2020）。因此，MPs和抗生素的共存代表了可能重塑微生物生态学并加速抗生素抗性传播的复杂风险因素（Chen et al., 2024），这引起了重大的生态和公共卫生担忧。
除了暴露于MPs和抗生素外，自然生态系统中的微生物群落同时受到各种环境驱动因素的影响，如营养盐可利用性（Gralka et al., 2020）、温度（Ranheim Sveen et al., 2024）和盐度（Rath et al., 2019）。在这些环境参数中，盐度尤其值得关注，因为它在自然过程（如潮汐和季节性淡水注入）和人类活动（如水坝建设和灌溉）的共同影响下经常频繁且急剧地波动（Gao et al., 2021）。这种波动在河口和沿海过渡区尤为显著，这些地区淡水和海水交汇，并且在全球变化的影响下预计会加剧（Hassoun et al., 2025）。先前的研究记录了盐度对微生物生理学、群落组装和抗生素抗性基因（ARGs）分布的显著且具有上下文依赖性的影响（Li et al., 2026）。例如，在几个河口系统中，细菌多样性和ARG丰度被发现随盐度增加而呈下降趋势（Fan et al., 2023; Lu et al., 2021; Wang et al., 2020c）。在从河口环境中收集的塑料相关生物膜上也观察到了类似ARG丰度随盐度升高而下降的趋势（Guo et al., 2020; Wang et al., 2020c），这表明盐度对自由生活型和颗粒附着型微生物种群都是关键的环境参数。
鉴于MPs可以吸附抗生素并提供生物膜形成的热点，盐度驱动的微生物生理和黏附变化很可能会改变MP-抗生素相互作用的生态结果（Jia et al., 2024）。然而，盐度如何调控MP-抗生素-微生物相互作用及其对抗性传播的后果仍然知之甚少。这一知识空白在河口和沿海生态系统中尤为关键，在这些生态系统中，塑料污染、来自水产养殖和农业的抗生素残留以及气候变化引起的盐度波动经常汇聚（Ho et al., 2023）。因此，解决这些相互作用对于提高机制性理解并开发更准确的动态淡水环境中抗性传播风险评估至关重要。
在本研究中，分别选择了聚氯乙烯（PVC）和红霉素作为MPs和抗生素的代表模型。PVC是使用最广泛的合成聚合物之一，PVC MPs在淡水环境中经常被检测到（Browne et al., 2010）。红霉素是一种大环内酯类抗生素，在淡水系统中常见，据报道在淡水中的浓度可达75,500 ng L?1，在海洋系统中可达1,900 ng L?1（Schafhauser et al., 2018）。本研究旨在调查不同的盐度条件如何与红霉素相互作用，影响PVC MPs上的生物膜形成和细菌接合转移。通过解决这些相互作用，我们旨在提供关于环境驱动因素如何在动态条件下共同塑造微生物适应和基因转移的见解。
章节摘要
化学试剂和材料
PVC MPs通过将塑料水管切割成小块（1–2 mm）制备。携带含有对卡那霉素（Kan）、四环素（Tet）和氨苄西林（Amp）抗性的RP4质粒的大肠杆菌DH5α，以及携带链霉素（Str）抗性的大肠杆菌HB101，购自百欧博维生物科技（北京，中国）。氨苄西林钠（≥ 90%）和链霉素硫酸盐（≥ 98%）购自麦克林（上海，中国），红霉素（≥ 98%）购自阿拉丁。
PVC MPs的理化表征和ERY吸附行为
本研究中使用的PVC颗粒大小在1.0到2.4 mm之间，平均大小约为1.7 mm（图S1）。扫描电镜图像（图1a）显示，MPs呈现不规则的颗粒状形状，具有明显的粗糙和多孔表面纹理。不同盐度条件下MPs的表面疏水性通过测量水接触角进行评估（图1b）。结果显示了一个明显的盐度依赖性趋势，接触角增加。
MPs相关生物膜中盐度依赖的接合转移
在本研究中，MP相关生物膜中质粒的接合转移频率在所有测试盐度下均高于浮游培养物（图4）。这与之前的发现一致，即生物膜细菌通常表现出比浮游细菌更高的水平基因转移率（Molin and Tolker-Nielsen, 2003; Wang et al., 2023; Wang et al., 2020a），并证实MP相关生物膜提供了有利。
结论
本研究证明了环境盐度和亚抑制浓度的ERY交互调控PVC MPs上的生物膜形成和质粒接合转移。在MP塑料圈层中，在所有测试条件下，细菌细胞在生物膜生活状态下的水平基因转移频率始终高于浮游状态。不同盐度下的接合转移频率呈现非线性趋势，偏离最适。
作者贡献声明
陈传阳：原创草稿撰写、方法学、调查研究。王靖婷：审查与编辑、监督、概念构思。刘沙沙：审查与编辑、方法学、调查研究、资金获取、概念构思。尤静：审查与编辑、监督。王大丽：原创草稿撰写、可视化、验证、监督、资金获取、数据整理、概念构思。李坤婷：原创草稿撰写、可视化。
利益冲突声明
作者声明他们没有任何已知的竞争性经济利益或个人关系可能影响本论文中报告的工作。
利益冲突声明
? 作者声明他们没有任何已知的竞争性经济利益或个人关系可能影响本论文中报告的工作。
致谢
本研究受国家自然科学基金（42477283）、广东省基础与应用基础研究基金（2024A1515011905）、广东省普通高校重点领域专项项目（2024ZDZX4014）和肇庆学院创新研究团队支持计划（TD202418）资助。
陈传阳|李坤婷|刘沙沙|王靖婷|王大丽|尤静
