关键词： 微塑料   重金属   紫苏   生理生化代谢   转录组分析  

摘要： 微塑料（Microplastics,MPs）是近年来广受重视的一种新型污染物,广泛存在于陆地和水体环境中,会对植物生长和农业可持续发展造成不利影响。同时,MPs往往会吸附其它污染物形成MPs-污染物复合体,进而产生更为复杂的影响。其中和重金属的互作受到较多学者的关注。 聚氯乙烯（PVC）是最常见的MP类型之一,可以通过多种途径进入农业环境中。其使用量长期位居所有塑料类型的前三名,并且极难降解,被认为是对环境破坏最严重的MP类型之一。铜（Cu）是影响我国农用地土壤环境质量的主要重金属污染物之一。二者常共存于农业环境中。 紫苏(Perilla frutescens（L.）Britt)为唇形科一年生草本植物,是一种多功能观赏芳香植物资源,近年来被广泛人工栽培,具有显著的经济价值。紫苏栽培中广泛使用塑料大棚和地膜覆盖,必然面临MPs暴露环境。同时,紫苏作为一种重金属超富集植物极易富集重金属。目前尚未见MPs和重金属共存环境对紫苏影响的报道。本研究采用Cu SO4·5H2O为Cu2+供体模拟Cu污染环境,PVC模拟MPs污染环境,分析了Cu和PVC单一及复合处理对紫苏种子萌发、植株生长和生理生化代谢的影响,并结合转录组测序分析其分子响应机制,主要结论如下: ***和PVC单一及复合处理对紫苏种子萌发的影响 Cu对紫苏种子萌发的影响表现为低促高抑效应。其中,8 mg·L-1为临界浓度,此浓度下种子发芽势、发芽指数和种子活力分别为对照的23.08%、76.32%和65.65%。不同浓度的PVC均未对紫苏种子萌发产生明显影响。 Cu82++PVC复合处理中,低浓度(10 mg·L-1和50 mg·L-1)的PVC添加在一定程度上减轻了Cu对种子萌发、胚根长度和胚根直径的不利影响。当PVC浓度较高(1000 mg·L-1和5000 mg·L-1)时,则加剧了Cu对种子萌发和胚根形态的不良影响,种子萌发延迟,胚根根毛数量减少。 与Cu82+单一处理相比,在Cu82++PVC复合处理中,低浓度PVC(10 mg·L-1)的添加提高了SOD活性,降低了MDA和H2O2含量,而高浓度PVC(5000 mg·L-1)的添加则抑制了SOD活性和POD活性,增加了ROS和MDA含量。上述指标大多在处理后24 h达到峰值。Cu和Cu+PVC处理均显著了抑制α-淀粉酶活性,降低了淀粉和可溶性糖含量,β-淀粉酶活性无明显规律性变化。 ***和PVC单一及复合处理对紫苏幼苗生长的影响 Cu对紫苏幼苗生长表现为低促高抑效应。2 mg·L-1为临界浓度,高于此浓度时,紫苏叶片发黄卷曲,根量减少且出现腐烂现象。低浓度的PVC(10 mg·L-1和50 mg·L-1)和中浓度的PVC(100 mg·L-1和500 mg·L-1)未对幼苗生长造成显著影响,而高浓度(1000 mg·L-1和5000 mg·L-1)的PVC则显著抑制了幼苗生长,叶片生长速度减慢,根系长度及体积均受到显著抑制。 Cu22++PVC复合处理中,与Cu单一处理相比,中低浓度PVC(10和100 mg·L-1)的添加使得幼苗叶面积增加,叶片失绿发黄现象有所减轻,高浓度PVC(1000 mg·L-1和5000 mg·L-1)的添加则显著抑制了根系长度、根系表面积与体积。 与Cu22+单一处理相比,Cu22++PVC100复合处理显著增加了紫苏叶片光合色素含量,提高了叶绿素荧光参数和气体交换参数,改善了幼苗光合作用。与Cu22+单一处理相比,POD为改善Cu22++PVC100复合处理的关键酶,可溶性糖和脯氨酸为缓解毒性的关键物质。 3.紫苏响应Cu和PVC复合处理的转录组分析 与Cu22+单独处理相比,Cu22++PVC100复合处理诱导的差异表达基因主要涉及逆境响应、信号转导、膜转运以及信号和细胞过程等通路。KEGG和GO分析显示多数基因富集在胞吞途径和脂质代谢通路。胞吞途径富集的差异基因全部上调表达,脂质代谢中茉莉酸合成途径富集的差异基因全部下调表达。转录组分析结果显示ABC转运蛋白相关基因存在大量差异表达情况,深度介入了胞吞途径和茉莉酸合成途径。ABC转运蛋白家族基因在紫苏响应Cu+PVC复合处理中可能发挥了关键作用。 4.紫苏ABC基因家族分析及其对Cu+PVC复合处理的响应 从紫苏基因组中共鉴定出107个ABC基因家族成员,分别属于ABCA、ABCB、ABCC、ABCD、ABCE、ABCF、ABCG和ABCI七大亚家族,响应Cu22++PVC100复合处理的为ABCA、ABCB和ABCC亚家族。顺式作用元件分析表明大部分紫苏ABC基因主要包含环境和胁迫响应元件、激素响应元件、光响应元件三大类。荧光定量验证结果表明,Cu22++PVC100复合处理下紫苏ABC基因主

关键词： 热应激   微塑料   种子发芽   ABA   GA   sHSPs   土壤养分   微生物多样性与组成  

摘要： 地球温度的持续上升主要由人类活动和气候变化驱动,表现为热应激(HS),并带来了重大的生态和农业影响。微塑料(MPs)已成为持久的环境污染物,特别是在农业土壤中,引起了人们对微生物活动、土壤健康和作物生产力的关注。本研究探讨了热应激和微塑料对小麦(Triticum aestivum)和玉米(Zea mays)在种子发芽、植物生长(包括生理和生化反应)、土壤养分、土壤微生物群落及基因表达方面的单独和联合影响,并采用PCR技术进行基因表达检测。选取了不同强度(30℃、35℃和40℃)和时间(3、6、12和18小时)的热应激,以及不同浓度(0.1%、0.5%和1%w/w)的聚乙烯微塑料(PE-MPs)和聚丙烯微塑料(PP-MPs),粒径为1.5μm。35℃和40℃的热应激显著(p<0.05)提高了种子发芽率(GP),与对照相比,小麦和玉米的发芽率分别增加了 7.62±2.92%和9.48±5.8%。对于小麦种子,PE-MPs的存在导致发芽率降低了 18.78±1.60%,而PP-MPs则导致发芽率降低了 11.14±4.06%。在玉米种子中,PE-MPs导致发芽率降低了 16.8±6%,而PP-MPs导致发芽率降低10.72±4.33%。两种微塑料在40℃的热应激下以1%w/w的浓度联合作用时,显著(p<0.05)降低了发芽率。 研究结果显示,施加1%w/w的PE-MPs和PP-MPs显著降低了植物高度(降低比例分别为 19.09%和 10.51%)、根长度(28.60%和 9.14%)、叶面积(41.91%和 26.50%)、叶绿素含量(11.70%和7.65%)以及生物量(30.20%和20.24%)(p<0.05)。单独的热应激及与微塑料共同暴露导致植物组织损伤,表明活性氧(ROS)含量显著(p<0.05)增加,如过氧化氢(H2O2)和脂质过氧化的丙二醛(MDA)含量增加。作为对ROS的反应,氨基酸(如脯氨酸)和抗氧化酶(如过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)和超氧化物歧化酶(SOD))显著(p<0.05)增加,联合处理和两种微塑料的处理组均高于单独处理。在种子发芽、生理和生化参数方面,PE-MPs对小麦和玉米的影响均大于PP-MPs。在40℃和45℃的热应激下,小麦样品的脱落酸(ABA)显著增加,分别上升了 18.45%和21.32%;玉米样品的脱落酸则上升了 23.56%和30.53%。PE-MPs和PP-MPs(1%w/w)分别诱导减少了小麦中12.04%和玉米中14.34%的ABA。结果表明,在40℃和45℃的热应激下,小麦和玉米样品中的赤霉素(GA)分别减少了 10.62%和17.46%,而在玉米样品中则减少了 22.42%和28.27%。同样,施加1%w/w的PE-MPs浓度分别导致小麦和玉米减少了 12.46%和20.61%的GA。然而,施加1%w/w的PP-MPs使GA减少了 7.23%和11.56%。研究结果显示,在热应激下,小麦和玉米样品中sHSPs(小热休克蛋白)的表达水平相较于各自的对照组显著增加,包括ZSHSP-9、ZSHSP-1、WSHSP-11和WSHSP-12。统计分析显示这些结果的准确性,p值均低于0.0001(****),表明其显著。 对细菌16S rRNA基因进行高通量测序,共获得1,354,153个序列,并识别出3,722个操作性分类单元(OTUs),其中1,281个OTUs在所有样本中共享。α多样性分析表明,Chao1指数显示大多数处理组(小麦0.1%、小麦0.5%、玉米0.1%、玉米0.5%)导致OTU丰富度增加,而小麦1%MPs浓度则显示丰富度下降。香农指数表明,在所有微塑料浓度下,玉米土壤的多样性保持稳定,而小麦土壤在较低浓度下保持稳定,但在1%浓度时下降。β多样性分析证实了群落组成的显著变化,所有样本均以变形菌(Proteobacteria,23.66%)、放线菌(Actinobacteria,21.27%)、绿弯菌(Chloroflexi,13.67%)和未分类(0.01%)为主。结果显示,低到中等浓度的PP-MPs(0.1%至0.5%)导致了微生物多样性的增加,特别是在小麦土壤中,而高浓度的微塑料(1%)则显示出对微生物群落组成多样性的下降。所有土壤样本中均发现子囊菌门(Ascomycota,89.2%)为主导门,表明其对微塑料污染的抵抗力高,其次是未分类的真菌(5.78%)和担子菌门(Basidiomycota,3.13%)。显然,PP-MPs导致了Clitopilus、Fusarium和Neocosmospora在对照环境中的丰度变化。在小麦土壤样本中,观察到在0.1%微塑料浓度下Aspergillus和Humicola占主导地位,而在玉米土壤中,Penicil

关键词： 微塑料   浮游动物   泰国湾   湄南河   摄入   糠虾  

摘要： 21世纪,水生环境中的塑料和微塑料污染已成为全球性的重要环境污染问题。在环境中,塑料碎片会逐渐破碎为微塑料（<5 mm,MPs）,并广泛存在于海洋生态系统中。然而,由于不同海洋生态系统中微塑料的丰度存在显著差异,准确评估其潜在的生态环境风险仍然面临挑战。通过监测生物体中的微塑料含量是评估微塑料生态影响的关键手段之一。以往的研究表明,通过监测双壳类、虾类和鱼类等经济物种中的微塑料,可以深入了解不同生态系统中微塑料的分布及其影响。这不仅有助于识别微塑料对生态系统和人类健康的潜在威胁,还为制定应对策略提供了科学依据。河口生态系统是微塑料积累的热点区域,因此河口地区水生生物的微塑料污染问题尤为突出。浮游动物在海洋碳循环中发挥重要作用,它们既包括许多海洋脊椎动物和无脊椎动物的幼体阶段,也包括糠虾等重要经济物种。此外,由于微塑料尺寸较小,可能被浮游动物摄食,因此研究河口地区微塑料对浮游动物群体的影响对于评估河口微塑料的生态风险十分关键,研究结果可以为未来的环境保护和健康风险评估提供重要依据。 本论文旨在评估泰国河口水域重要浮游动物中的微塑料污染程度和特征,并进一步探索微塑料在自然环境中的去向。本研究的具体内容包括: （1）探究了2004年至2022年间在泰国湾内采集的优势浮游动物样本中微塑料的赋存特征及变化趋势。本项目选取的研究区域是塔钦河口（TC;2010-2013年）和邦巴功河口（BK;2004-2022年）。在分析的8910只浮游动物中,仅发现22个微塑料颗粒。在首次检测年份（2004年）的浮游动物样本中,BK站点检测到的微塑料丰度平均为0.001个颗粒/每只浮游动物。尽管两个采样站位间的浮游动物样本中微塑料的数量随时间的变化趋势无显著差异,但是可以看到BK站位的浮游动物中的微塑料随着时间的推移呈现出略微增加的趋势,并且近年来样品中纤维状微塑料的比例高于碎片状。本论文证实了浮游动物作为长期监测水体动物体内微塑料污染工具的有效性。除时间变化外,本研究还探讨了浮游动物群体与其所含微塑料特征之间的关系。 （2）阐明了不同种类浮游动物体内微塑料的污染特征。本论文将采集到浮游动物样本根据种类和摄食行为进行了分类,详细探究了不同浮游动物种类中微塑料的特征。研究结果表明不同的摄食行为下,浮游动物体内发现的微塑料含量存在差异,杂食性和肉食性浮游动物中检测到较多的微塑料。值得注意的是,蟹幼体和鱼幼体中的微塑料含量最高,分别为0.167和0.116个颗粒/每只。此外,作为经济物种的糠虾和印度糠虾（Acetes indicus）体内也显示出相对较高的微塑料含量,分别为0.03和0.017个颗粒/每组。此外,微塑料的特征也因摄食行为的不同而有所差异。植食性浮游动物倾向于摄入红色的小尺寸微塑料颗粒,而肉食性浮游动物更容易进食蓝色的大尺寸纤维微塑料,杂食性浮游动物则往往包含多种类型的塑料。此外,杂食性浮游动物体内的微塑料粒径分布最广,这可能是由于其比肉食性动物更广泛的摄食来源导致的。当前对微塑料的污染风险仍十分有限,因此继续亟需进一步研究微塑料对杂食性浮游动物的影响。 （3）探究了典型地区毛虾通过摄入和附着在体表的微塑料的数量和变化情况。2022至2023年间在安达曼海和泰国湾的渔场在捕捞季节采集了五种毛虾的样本,分别为Acetes erythraeus、Acetes indicus、Acetes japonicus、Acetes sibogae sibogae和Acetes vulgaris。对这些毛虾的微塑料分析分为整个身体、去除肠道后的身体部分和肠道部分,分别代表总微塑料、附着微塑料和摄入微塑料。毛虾体内的微塑料总量范围为0.0至0.3个颗粒/只,或2至49个颗粒/克鲜重。体表附着的微塑料和肠道内的摄入微塑料分别在0.0至0.1和0.0至0.14个颗粒/只之间。毛虾样本中最常见的塑料类型为聚对苯二甲酸二甲酯（PET）、聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）。毛虾体内的微塑料最高含量的样品出现在湄南河河口,分别为8月份的34颗粒/克鲜重和6月份的25颗粒/克鲜重。然而,海水中的微塑料数量与毛虾样本中的微塑料数量之间并无显著相关性。影响毛虾体内微塑料的主要因素因微塑料在生物体内的命运而有所差异。因素分析显示,毛虾体内的总微塑料数量与海洋和栖息地中的微塑料数量存在相关性,而毛虾肠道中摄入的微塑料数量则与毛虾的种类和体型密切相关。毛虾的体长是影响肠道中摄入微塑料总量的重要因素。此外,微塑料的特征因种类而异。根据本研究,毛虾可能不适合作为环境中微塑料数量的指示生物,因为它们的选择性摄食行为并不总是反映环境中颗粒的存在。 （4）定量了糠虾对微塑料的去除量。本研究选用了在2022年1月于泰国萨姆特萨贡省可龙昆镇捕获的商业重要种类糠虾（Mesopodopsis ori

关键词： 河流微塑料   污染防治   法律机制  

摘要： 微塑料因其性质稳定,生产造价低,被广泛地适用在人类生活的各个领域。研究表明,其能够渗透到人类血液之中,甚至突破血胎屏障传递至母胎中的婴儿体内。同时微塑料也可被植物根部吸收,如果被其他动物误食之后则难以代谢。随着全球微塑料污染的蔓延和加剧,河流作为向海洋输送微塑料的管道,因此也暴露在人们的视野中,关于河流微塑料污染防治成为了全球性的话题。 作为拥有众多流域的国家,河流中的微塑料污染是一个值得密切关注、深入研究的问题。研究发现,我国河流微塑料污染较为严重,且与之相关的法律、法规治理体系亟需完善,我国在探索河流微塑料污染防治的法治道路上仍属于起步阶段。基于此种情况,本文对我国河流微塑料污染防治的法律机制进行系统性的研究,分析我国对微塑料污染治理过程中存在的法律问题,并以问题为导向,构想出一条立足我国国情的河流微塑料污染防治的道路,以期完善我国河流微塑料防治的体系,从而推进国家治理体系和治理能力的现代化。 此文被划分为六大部分,其中引言作为第一部分,主要总结了国内外关于微塑料污染防治的研究进展,并对研究的具体内容进行了深入探讨。第二部分阐述了我国河流微塑料防治的基本情况,对微塑料的定义、来源、危害、研究史以及我国河流微塑料污染防治现状作了论述,为本文的研究提供了科学理论支撑。第三部分是对河流微塑料污染防治法律机制的分析,归纳出我国河流微塑料污染防治法律法规存在的疏漏,可降解塑料的管理存在问题,塑料污染防治回收利用体系不健全一系列法律问题。第四部分是河流微塑料多元共治理论模型的构建,首先总结了河流微塑料多元共治特征,其次分析了法治在多元共治中的重要性以及政府、企业、社会组织、公民所应发挥的作用。第五部分是多元共治模型下河流微塑料污染防治法律机制的路径,内容包括:增补法律法规对微塑料规制的疏漏,加强可降解塑料的管理使用,并对我国现行塑料回收利用体系进行完善。最后结语部分指出对于河流微塑料的防治应源头治理与末端治理相结合,虽然可以通过立法形式减少原生微塑料生产使用,但对于塑料制品造成的次生微塑料逃逸,应加强对塑料的回收利用,使政府、企业、社会组织、对河流微塑料污染做到“全链条”防治。

关键词： 微塑料   铜   复合污染   根际  

摘要： 微塑料(microplastics)作为一种新兴的有机污染物,由于其具有粒径小、分布广、降解困难、易吸附、持久长等特点,对陆地生态系统构成潜在威胁。重金属(heavy metals)作为几十年来始终被密切关注的土壤污染物,已与微塑料在土壤环境中长期共存。目前研究发现,微塑料通过物理吸附负载重金属,可能对植物生长发育以及农业生态系统的良性循环产生强烈影响(Wang et al.2022b),且微塑料的存在影响植物对重金属的吸收及重金属的毒性(Dong et al.2020)。因此研究微塑料与重金属的复合污染对于理解土壤-植物系统至关重要。本研究通过盆栽试验,研究不同类型微塑料,低密度聚乙烯(Low Density Polyethylene,LDPE)、聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯(poly(butylene adipate-co-terephthalate),PBAT),与重金属铜污染对本氏烟草生长和抗氧化防御系统的影响,并利用转录组测序技术揭示单一或复合污染暴露对植物生理的影响。同时,通过植物根际16S r DNA和ITS扩增子测序,探讨这些污染物对根际土壤微生物群落的影响,为明晰微塑料和重金属的双重污染对土壤-植物系统生态效应的影响提供新视角。本研究结果如下: (1)铜污染对于植物的影响存在浓度效应,微塑料对植物的影响也存在类型差异。低浓度铜污染对植物生长及抗氧化防御系统无显著影响,而高浓度铜污染会抑制本氏烟草根部、茎部的生长,使植物总干重下降31.29%,同时对植物抗氧化防御系统造成压力,导致植物细胞氧化应激,超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD)、过氧化氢酶(Catalase,CAT)活性分别提高64.93%、89.63%。不同类型微塑料对植物生长的影响存在差异,其中LDPE对植物根部影响较大,而PBAT对植物茎部影响较大。二者均影响植物抗氧化酶活性,所响应酶的类型不同。双因素方差分析显示,微塑料和重金属对植物总干重、CAT活性和丙二醛(Malondialdehyde,MDA)含量存在显著交互(p<0.05)。 (2)高浓度铜污染、PBAT污染以及二者复合污染会影响植物特定通路基因表达。转录组测序结果表明,微塑料PBAT处理、高浓度铜处理及二者复合污染处理均与对照组植物的基因表达差异显著(p<0.05)。其中,复合处理组中特有的差异表达基因数量相对较多,推测微塑料和重金属复合污染对本氏烟草基因表达的影响较大。与对照组相比,三个处理组共有的富集代谢通路是植物-病原体相互作用(nta04626)、淀粉和蔗糖代谢(nta00500)、苯丙素生物合成(nta00940)和类胡萝卜素生物合成(nta00906),这些通路可能与本氏烟草的抗逆性、光合作用、次生代谢和色素合成等生理过程有关。 (3)高浓度铜污染会影响土壤理化,微塑料会提高土壤酶活及氮含量,不同类型塑料与铜复合污染会对铜的有效性产生不同影响。土壤理化指标显示,高浓度铜污染会抑制土壤碱性磷酸酶、过氧化氢酶和脲酶活性,同时降低土壤有机碳含量、pH和阳离子交换量,增加硝态氮含量、有效磷含量和电导率等。微塑料LDPE和PBAT处理均会使土壤铵态氮、硝态氮和有效磷含量显著增加,同时显著提高土壤碱性磷酸酶、蔗糖酶和脲酶活性(p<0.05)。此外,高浓度铜污染条件下,PBAT微塑料处理的土壤全铜含量与有效铜含量、植物根部铜含量均显著低于LDPE微塑料处理(p<0.05),即PBAT微塑料降低了重金属铜的生物利用度。 (4)铜污染、微塑料污染以及复合污染会影响土壤细菌群落组成以及特有ASVs相对丰度。在重金属铜处理下,细菌优势菌门Proteobacteria(变形菌门)相对丰度显著提高,而Bacteroidota(拟杆菌门)相对丰度显著降低(p<0.05)。其中,高浓度铜污染处理会导致细菌特有ASVs数量下降,而低浓度铜则使其增加。此外,高浓度铜污染使细菌群落的丰富度和多样性下降,且其比低浓度铜污染对细菌群落功能的抑制更广泛。此外,微塑料LDPE和PBAT均导致特有细菌ASVs数量减少,且两种微塑料处理的土壤中优势菌门Actinobacteriota(放线菌门)相对丰度显著均提高,Bacteroidota(拟杆菌门)、Acidobacteriota(酸杆菌门)相对丰度均显著降低(p<0.05)。其中,与传统塑料LDPE相比,可生物降解微塑料PBAT对细菌群落多样性的影响更明显,引起响应的菌门数量更多,其对细菌群落潜在功能的抑制范围也更宽。比较污染物单一或复合处理对细菌群落的影响发现,两类污染物对群落多样性表现出协同毒性。同时,微塑料LDPE和重金属铜复合处理对Bacteroidota(拟杆菌门)相对丰度的抑制显著高于单一处理组(p<0.05)。 (

关键词： 细菌群落   生物降解   铁强化   微塑料  

摘要： 微塑料问题作为塑料广泛应用的一个新兴环境问题,已经引起了更多的生态和环境关注。作为一种环境友好的解决方案,生物降解提供了一种消除微塑料的潜在途径。尽管如此,海洋微生物群落对微塑料的降解作用尚未得到充分的研究关注,而这对于减轻海洋生态环境的持续压力具有重要意义。 本研究聚焦于自然海洋沉积物细菌菌群对聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)微塑料的生物降解能力。通过观察降解30天期间沉积物菌群生物量以及漆酶、脱氢酶和过氧化氢酶活性的变化,同时分析微塑料的形态和降解率,本研究评估了菌群对两种微塑料的降解效果。研究发现,在降解初期(第7天),沉积物菌群的生物量和酶活性有所下降,但在随后的23天里,这些指标显著增加。经过30天的降解,PE和PP微塑料表面均形成了细菌膜或菌团,原本光滑的微塑料表面出现了明显的凹凸不平、裂缝和孔洞。实验结果显示,PE微塑料的降解率为4.7%,而PP微塑料的降解率为2.2%,表明海洋沉积物细菌群落对PE微塑料的降解能力更强。 为了进一步提升PE微塑料的生物降解效率,本研究引入了铁强化处理以激活海洋沉积物菌群的活性。铁强化处理导致PE微塑料表面形成了更加丰富的细菌生物膜,并带来了更加显著的降解效果。此外,通过分析发现,微塑料内部结构在氧化过程中引入了多种含氧官能团(如-OH、-C=O和-C-O-等)。对降解过程中菌群结构的演替进行的分析揭示了,在铁强化条件下,变形菌门的Acinetobacter和Pseudomonas成为降解PE微塑料的优势菌种。这些菌种在漆酶和其他氧化酶的催化作用下,直接参与了PE微塑料的生物降解代谢途径。本研究的创新之处在于发现了细菌群落演替对PE微塑料复杂生物降解动力学的影响,并首次揭示了海洋沉积物微生物群落协同作用的独特PE微塑料降解途径。 综合上述发现,本研究证实了海洋沉积物天然菌群对PE和PP微塑料具有很好的降解潜力,而铁离子的添加能够显著提升沉积物菌群对PE微塑料的降解效果。这些新见解不仅揭示了海洋沉积物微生物群落在有效降解PE微塑料过程中的独特功能和内在生化机制,也为未来开发新的微塑料污染治理策略提供了重要的科学依据。

关键词： 棉田土壤   微塑料   吡虫啉   复合污染   棉花   毒性效应  

摘要： 微塑料（microplastics，MPs）作为新污染物在环境中广泛存在，尤其在土壤环境中的污染更为严重。新疆作为中国最大的棉花种植地，农膜使用量和覆盖面积位居全国之首，由于长期覆膜、残膜回收率低，微塑料在棉田中逐年积累导致污染加剧，因此亟需研究微塑料对棉花的毒性效应。此外新烟碱类杀虫剂（neonicotinoid insecticides,NEOs）的广泛使用也致使土壤中农药残留，成为棉田中一类重要的面源污染，因此有必要探究微塑料与新型农药复合污染对棉花的毒性效应。　　本研究选取农膜常用材质聚乙烯（polyethylene，PE）和具有广泛应用前景的聚乳酸（polylactic acid,PLA）作为典型微塑料，选取吡虫啉（imidacloprid，IMI）为典型新烟碱类杀虫剂，系统研究了微塑料及其与新型农药复合污染对棉花的毒性效应。本研究探讨了不同粒径（10和100μm）、不同浓度（10、100、500和1000 mg·L-1）的不可生物降解微塑料PE和可生物降解微塑料PLA对棉花种子发芽的影响;揭示了不同粒径（10和100 μm）、不同质量分数（0.01％、0.1％和1％）的PE和PLA对棉花出苗的抑制以及对水培和土培棉花幼苗的毒性效应及机制;阐述了微塑料对IMI的吸附行为以及两者复合污染对水培棉花幼苗的毒性效应及机制。本研究的主要结论如下:　　（1）微塑料对棉花种子发芽和出苗的抑制整体具有浓度依赖效应。高浓度易造成更严重的根表面吸附阻塞，释放更多的有毒物质，PE的抑制作用较PLA强。除吸附阻塞和毒性外，微塑料还通过降低沙土中氮、磷含量抑制棉花生长。小粒径微塑料更易通过沙土孔隙迁移而对根系造成阻塞和毒性，抑制程度更强。　　（2）微塑料对水培和土培棉花幼苗的形态学指标造成了抑制，减少了光合色素含量，显著降低了根系活力，刺激了抗氧化反应。微塑料的浓度越高，对棉花的生长发育越不利，会导致更多的ROS积累和程度更强的氧化损伤。但土培条件下的毒性强度小，这是由于土壤颗粒的缓冲作用阻挡了部分微塑料与棉花根系的接触。微塑料的根表面吸附阻塞造成的水分、营养吸收受阻和根系活力的降低、毒性添加剂的释放、氧化应激以及叶绿素含量的降低是抑制棉花幼苗生长发育的主要因素，土培条件下微塑料还会通过减少可溶性蛋白、土壤氮和磷以及改变微生物群落结构对棉花生长产生抑制作用。　　（3） PE10和PE100由于表面被氧化生成含氧官能团，增加了表面极性。PE10和PE100对IMI的主要吸附机制是氢键作用、分配作用和范德华力;PLA10和PLA100对IMI的主要吸附机制是氢键作用、极性-极性相互作用和范德华力。微塑料与IMI复合污染的研究结果表明，对于棉花的形态学指标和光合色素含量，低浓度（0.01％）微塑料由于吸附作用，缓解了IMI的部分毒性;中浓度（0.1％）微塑料与IMI产生协同抑制作用;高浓度（1％）微塑料与IMI竞争根表面吸附位点，抑制作用主要由微塑料产生。复合污染比微塑料单一污染对幼苗生长发育的抑制作用更强，最高浓度的复合污染毒性效应最强。复合污染进一步刺激了抗氧化反应，但高浓度的PE10与IMI复合污染破坏了抗氧化防御系统，造成了最严重的氧化损伤。微塑料与IMI复合污染抑制棉花生长发育的主要因素包括微塑料的根表面吸附阻塞、毒性添加剂释放、IMI的毒性、氧化应激、光合色素含量的减少以及根系活力的降低。