《Journal of Environmental Sciences》：Microplastics in wastewater effluent harbor distinct dominant taxa and resistance genes compared with natural organic particles
编辑推荐：
•优势细菌类群和抗生素抗性基因（ARGs）在微塑料（MPs）上更为丰富，而木屑则保持了更高的均匀度。•与木屑生物膜相比，微塑料生物膜更接近塑料降解微生物群落。•与木屑相比，微塑料生物膜表现出较低的多样性，但群落结构更为稳定。•微塑料相关的优势类群与群落分化和抗性基因谱差异相关
- •
优势细菌类群和抗生素抗性基因（ARGs）在微塑料（MPs）上更为丰富，而木屑则保持了更高的均匀度。
- •
与木屑生物膜相比，微塑料生物膜更接近塑料降解微生物群落。
- •
与木屑相比，微塑料生物膜表现出较低的多样性，但群落结构更为稳定。
- •
微塑料相关的优势类群与群落分化和抗性基因谱差异相关联。
- •
定量估计了污水处理厂排放微塑料所携带的微生物和抗性基因负荷。
引言
微塑料（MPs）通常被定义为直径小于5毫米的塑料颗粒（Thompson等人，2004），其来源包括各类塑料产品的碎裂、合成纤维的脱落以及轮胎磨损等（Chaudhary等人，2025；Hasan Anik等人，2021）。本研究使用的2-3毫米颗粒处于该粒径范围的粗端，作为微生物定殖的标准模型底物，而非污水处理厂排放液中微塑料粒径分布的代表。2024年全球塑料产量达到4.309亿吨，较2023年的4.138亿吨有所增长（Plastics Europe，2025）。微塑料现已广泛存在于海洋、淡水、土壤乃至大气环境中，构成一种跨越所有生态系统的持久性污染物（Thompson等人，2024）。大量研究表明，微塑料不仅对生物体造成直接的物理伤害，还通过充当危险化学品、重金属、抗性基因和病原微生物的载体，放大生态风险（Gao等人，2021；Iftikhar等人，2024；Tav?ano?lu等人，2025；Yang等人，2025）。
在水体系统中，微塑料表面可迅速形成"生态位"（即塑料圈层），为细菌、真菌、藻类和病毒提供独特的附着底物（Hou等人，2025a；Li等人，2024a）。与天然悬浮颗粒相比，微塑料具有强疏水性、大比表面积、可调的表面电荷和长期漂浮性，使其成为微生物的理想"顺风车"载体（Ivleva，2021；Liu等人，2025a）。细菌在微塑料表面形成的生物膜可携带颗粒相关微生物群落及多样的功能基因，包括抗生素抗性基因（ARGs）、金属抗性基因（MRGs）和生物杀灭剂抗性基因（BRGs），从而可能改变其在受体环境中的发生和分布（Li等人，2024b；Liu等人，2025b；Luo等人，2025）。此外，微塑料表面的氧化还原梯度和微环境异质性可提供选择特定功能群的微栖息地，进一步改变当地的生物地球化学循环（Chen等人，2022；Su等人，2024）。
污水处理厂是城市污染物的重要汇聚和排放热点。根据处理工艺和颗粒特性，污水处理厂可去除进水微塑料的约70%-99%，相当大一部分被截留的颗粒随后积累在污泥中；然而，剩余的微塑料仍可能随处理后的出水排放（Cheng等人，2021；Liu等人，2021；Murphy等人，2016）。同时，由于污水处理厂的进水来源多样——生活污水、医院废水、工业废水等——其中所含的污染物（如微塑料、重金属、抗生素和病原微生物等）也多种多样，产生复杂的相互作用（Fan等人，2026；Liu等人，2023b；Ma等人，2025）。天然基质通常具有多孔结构、可变表面电荷和丰富的有机质，而微塑料则具有均质的表面化学性质且缺乏天然养分；这一差异可能对微生物群落产生"选择性过滤"，富集特定的关键鉴别类群（Bai等人，2024；Bao等人，2025；Thompson等人，2024）。这些类群通常具有较强的抗逆性，能够更好地适应污水处理厂出水的寡营养和多污染物胁迫环境（Song等人，2023；Zheng等人，2025）。同时，此类鉴别性关键类群可能在塑造整个群落方面发挥关键作用（Banerjee等人，2018）。由于微塑料具有独特的载体功能和生物选择性，它们可以选择性富集大量污染物（如重金属和抗生素），并对附着的微生物群落和风险基因（如病原菌、毒力因子和抗生素抗性基因）施加一定程度的筛选（Shen等人，2026；Zheng等人，2025）。常规污水处理工艺可能无法有效检测并去除这些微塑料及其携带物，从而向受纳水体输送远超天然基质（如木质碎屑、淤泥或植物残体）所携带的微生物负荷（Hou等人，2025b；Murphy等人，2016；Zhang等人，2024）。
常规污水处理厂主要接收生活污水，沉降后出水中残留的悬浮固体（SS）大部分为有机物（Fewtrell，2002）。砂等无机颗粒密度大、悬浮性差，通常仅以微量形式出现在排放的出水中，排放后迅速沉降，不太可能通过河网进行长距离输送（Qiao等人，2025）。相比之下，包括木屑和微塑料在内的有机悬浮固体密度更接近淡水，更容易被水流输送，并可作为微生物顺风运输的载体（Zadjelovic等人，2023；Zhu等人，2026）。木屑被选为可降解天然有机颗粒的参照，因为其多孔且相对生物可利用的结构为被测微塑料提供了具有环境相关性的对比。因此，我们选取了四种代表性微塑料——聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）和聚乳酸（PLA）——以及木屑作为天然有机悬浮颗粒对照，在污水处理厂排污口进行了原位培养实验。PE和PP代表在出水中常见的高丰度微塑料（Liu等人，2021；Murphy等人，2016），而PVC具有毒性且生物利用率低，PLA则可生物降解且生物利用率高（Lithner等人，2011）。本研究旨在：（1）比较微塑料与天然悬浮颗粒之间的生物膜形成和细菌群落特征；（2）鉴定驱动群落组装和抗性基因富集的关键类群；（3）定量评估与排放微塑料相关的微生物和抗性基因负荷。这些结果为评估处理出水中微塑料相关的生态风险提供了微生物层面的证据，并支持改进污水处理厂管理和与废水相关的环境可持续性。
章节摘要
环境基准和样品表面的生物膜形成状况
通过对废水出水进行为期一个月的监测（表S1和S2），主要营养指标的平均值如下：COD为28 mg/L，BOD5为2.7 mg/L，TN为12.2 mg/L，TP为0.062 mg/L。与未处理废水相比，这些条件代表一个相对寡营养的环境，可能无法支持废水来源细菌在不同生态位中的持续共存（Cui等人，2025b）。悬浮固体的存在也对重金属具有很强的吸附作用，并且
结论与展望
这项探索性研究表明，污水处理厂排放的微塑料在复杂但相对营养贫乏的出水条件下，可以形成与可生物降解天然木屑上不同的颗粒相关微生物组和抗性基因组。所观察到的模式与底物相关的生物可利用性、表面特性、聚合物特征和生物膜发育的差异有关，但潜在机制仍需进一步实验验证。由于微生物
CRediT作者贡献声明
侯欣：概念化、调查、撰写——初稿；林宇男和李晓然：数据分析和调查；张雷、李佳敏、江子明和王森：调查和资源；焦强强：样品数据收集；王雷、王小同和刘显华：概念化、监督和撰写——审阅与编辑。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系，这些利益或关系可能影响本论文所报告的工作。
生成式人工智能和人工智能辅助技术声明
作者声明，生成式人工智能（AI）和AI辅助技术仅在本论文准备过程中用于语言润色、语法修订和稿件排版。本研究的设计、实验实施、数据分析和解释、以及关键科学内容和结论的撰写均未使用生成式AI工具。所有作者均已对稿件最终内容进行全面审阅并承担全部责任。
CRediT作者贡献声明
侯欣：撰写——初稿、软件、方法学、形式分析、概念化。林宇男：可视化、软件。李晓然：可视化、软件。张雷：调查。李佳敏：调查。江子明：调查。王森：调查。焦强强：调查。王雷：撰写——审阅与编辑。王小同：撰写——审阅与编辑。刘显华：撰写——审阅与编辑、项目管理。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系，这些利益或关系可能影响本论文所报告的工作。
致谢
本工作得到了国家自然科学基金（编号42377380和42577440）、山东省泰山学者专项基金（编号tstp20240518）、烟台市省级以上高层次人才专项支持资金（编号202203）以及山东省现代农业产业技术体系（编号SDAIT-14-01）的资助。
Xin Hou|Yunan Lin|Xiaoran Li|Lei Zhang|Jiamin Li|Ziming Jiang|Sen Wang|Qiangqiang Jiao|Lei Wang|Xiaotong Wang|Xianhua Liu
