發(fā)布時間：2024-07-14來源：蘇建強(qiáng)研究組
圖1. 論文首頁
生物膜是自然界微生物的一種重要生存模式，它們通過分泌粘附物質(zhì)（如胞外聚合物-EPS等）將自身細(xì)胞固定在各種表面上，包括巖石、木材、植物、動物和人工表面（如塑料和玻璃等），形成復(fù)雜的多細(xì)胞結(jié)構(gòu)。在生物膜中發(fā)現(xiàn)的生命體包含了整個微生物界，包括細(xì)菌、真菌、古細(xì)菌、原生動物和病毒等。生物膜在陸地和水生環(huán)境中具有重要的生態(tài)功能，在元素地球化學(xué)循環(huán)中扮演著關(guān)鍵角色，可以加速地球生態(tài)系統(tǒng)的生物地球化學(xué)通量。
塑料污染是當(dāng)今全球環(huán)境面臨的重大挑戰(zhàn)之一，每年數(shù)百萬噸塑料廢物進(jìn)入海洋，對海洋生態(tài)系統(tǒng)和生物多樣性構(gòu)成嚴(yán)重威脅。除了自然生物膜（natural biofilms，如巖石碎片和漂浮木塊上的生物膜）外，在海洋中還出現(xiàn)了一種新興的“人造”生物膜（artificial biofilms），即塑料際（plastisphere）），近年來引起廣泛關(guān)注。塑料際內(nèi)的微生物量在全球海洋環(huán)境中相當(dāng)可觀，與自然生物膜內(nèi)的微生物量相媲美。因此，人們開始思考一個尚未回答的問題——塑料際是否與自然生物膜具有相似的生物地球化學(xué)特征，還是存在截然不同的特征？海洋塑料際的生物地球化學(xué)影響以及漂浮塑料垃圾對生態(tài)系統(tǒng)的影響值得更多關(guān)注。
針對這一科學(xué)問題，中國科學(xué)院城市環(huán)境研究所和生態(tài)環(huán)境研究中心的朱永官院士團(tuán)隊(duì)在廈門、煙臺和廣西等河口流域模擬了塑料、巖石、落木和玻璃表面自然微生物的富集過程，并通過試驗(yàn)研究對比了天然介質(zhì)表面（如巖石和落木）和人工介質(zhì)表面（如塑料和玻璃）的氮素生物地球化學(xué)特征。此外，該團(tuán)隊(duì)還揭示了附著生長的微生物（sessile mode）與游離生長的微生物（free-living mode）之間的代謝差異。相關(guān)研究成果以Nitrifying niche in estuaries is expanded by the plastisphere為題發(fā)表在《自然》子刊Nature Communications上。朱永官院士為唯一通訊作者，蘇曉軒教授、黃鑫榕博士、張怡悅助理研究員為論文共同第一作者，中國科學(xué)院城市環(huán)境研究所為第一單位。
研究人員發(fā)現(xiàn)，在河口生態(tài)系統(tǒng)中，塑料際可能是一個被低估的硝化作用的生態(tài)位，揭示塑料際上細(xì)菌介導(dǎo)的硝化活性高于其他生物膜（如石頭、木頭和玻璃生物膜）和周圍水體0.9~12倍的。活躍的硝化微生物的生態(tài)位分化以及潛在的底物交換合作模式可能是提升塑料際硝化潛勢的原因。該項(xiàng)研究工作得到國家自然科學(xué)基金委員會創(chuàng)新群體項(xiàng)目（No. 42021005），國家重點(diǎn)研發(fā)專項(xiàng)課題（No. 2022YFD1901402）以及寧波頂尖人才計(jì)劃（No. 2021-DST-004）等項(xiàng)目的資助。
該研究團(tuán)隊(duì)近五年來圍繞塑料和塑料際的微生物過程開展了系統(tǒng)的研究，分別在ISME Journal, Nature Water, Nature Communications和Nature Reviews Microbiology發(fā)表了一系列論文。
圖2. 塑料際（固著模式）和水體（浮游模式）中微生物硝化過程的示意圖。河口塑料際具有與周圍海水不同的活躍硝化微生物。
(文：蘇建強(qiáng)研究組；圖：蘇建強(qiáng)研究組)
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