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我院楊志峰院士團隊馮景春教授課題組在Environmental Science & Technology上發表了題為：“Effects of Different Types of Microplastics on Cold Seep Microbial Diversity and Function.”的研究論文。該研究揭示了微塑料對深海冷泉微生物多樣性和群落功能的影響，旨在為制定有效的微塑料污染管控和深海冷泉生态系統保護策略提供科學依據。

（1）引言

塑料是海洋碎片中最多的種類。截至2022年，每年超過1200萬噸塑料彙入海洋中。接近70%塑料沉積到海床，可以解釋彙入海洋的塑料數量豐度與漂浮在海表的數量豐度有顯著差異的問題。海洋塑料在遷移過程中逐漸破碎，尺寸逐漸變小。小于5mm的塑料稱為微塑料。微塑料尺寸越小，比表面積越大，吸附與解吸的生态風險越大。已有研究報道，深海冷泉生态系統存在微塑料。冷泉是獨特且脆弱的海底生态系統，有富含甲烷的流體釋放到水柱中。低溫，高壓，黑暗等環境條件塑造了特殊的化能合成生态系統，包含多樣的微生物群落、獨特基因資源，還有豐富的清潔能源，例如甲烷水合物。有研究報道微塑料的存在通過影響微生物組成和功能幹擾了生态系統，并有可能改變生态系統平衡以及降低了冷泉系統的甲烷轉化效率。因此，冷泉微塑料的日益累積及其生态效應是重要的研究熱點。

可生物降解塑料代表了減少深海底部塑料垃圾擴散的一個有前景的途徑。與石油基塑料相比，可生物降解塑料具有較低的碳足迹和優良的材料特性。2022年，全球約有114萬噸可生物降解塑料廢物。可生物降解塑料在海洋環境中的降解速率取決于其組成以及沉積環境。微塑料可以改變沉積物中的氮循環過程。然而，目前關于石油基塑料和可生物降解塑料對深海冷泉環境中生物地球化學循環過程的影響差異研究甚少。

疏水性微塑料進到水環境之後，會快速釋放有機化學物質，這為微生物提供了更好的營養物質來源，其表面性質會快速發生變化為微生物附着提供良好環境，使得在流體環境中具有更高的穩定性和群落互動性。随着時間推移，成熟和穩定的生物膜在微塑料表面形成，即為塑料際。最新的研究表明，塑料際與在周圍水體的懸浮微生物群落結構顯著不同。冷泉孕育了豐富且特殊的微生物，例如硫酸鹽還原菌和甲烷厭氧菌，它們消耗大約90%的海底甲烷，是深海甲烷的天然屏障。據報道，甲烷流體可以造成微塑料破碎并促進老化，增加微塑料表面的含氧官能團。含氧官能團可以作為電子供體或受體，吸引微生物定殖在微塑料表面。因此，冷泉微塑料具有更高的比表面積，相比非滲漏區的微塑料其生物可利用性更高。塑料際比自然環境中的群落有更大的異質性。然而，典型的冷泉微生物是否影響塑料際是未知的。綜上所述，微塑料及塑料際會影響生物地球化學循環，随着深海微塑料的累積，探索微塑料對冷泉區的甲烷代謝的影響至關重要。

（2）文字摘要

塑料的大量生産和廣泛使用導緻了海洋微塑料污染日益嚴重。深海冷泉生态系統富含源自海底滲漏的碳氫化合物流體，在碳循環和氮循環相關的微生物的作用下維持生态系統穩定。目前冷泉生态系統的微塑料污染鮮有研究。為了填補這一知識空白，我們收集了海馬冷泉區的沉積物和海水樣品，模拟深海冷泉環境，進行為期兩個月的實驗室培養實驗。主要結論是：（1）當微塑料被添加到沉積物和海水介質中，微生物群落主要受原始環境的影響；塑料際群落與培養時間有關。（2）與環境介質中的微生物群落相比，塑料際的共現網絡結構更脆弱。（3）多種環境因子決定了微生物群落組成，然而由少量的環境變量驅動微生物群落功能。

（3）成果簡介

圖1.（a）-（d）滲漏區微生物alpha多樣性；（e）-（h）非滲漏區微生物alpha多樣性；（i）展示滲漏區海水、沉積物和塑料際中門級别的獨有和共有物種的二分關聯網絡圖；（j）展示在不同的栖息環境中門級别獨有和共有物種的數量豐度的柱狀圖；（k）在綱級别物種相對豐度前20的物種組成柱狀圖，如果滲漏區綱級别的物種豐度顯著高于非滲漏區，橙色表示，如果低于，則用綠色表示。用env和pla區分環境和塑料際的微生物群落，用sed和sea區分沉積物和海水。

圖2.表示在科級水平微生物群落與環境參數的相關性的tb-RDA圖。（a）沉積物；（b）海水；（c）沉積物塑料際；（d）海水塑料際。

圖3.（a）海水環境和塑料際的共現網絡随時間的演替；（b）沉積物環境和塑料際的共現網絡随時間的演替；（c）環境和塑料際微生物共現網絡的拓撲參數。不同顔色表示不同的栖息環境，分别有黃色（沉積物）、紅色（沉積物塑料際）、綠色（海水）、藍色（海水塑料際）。

圖4.基于PICRUSt2預測的群落功能與環境參數的Mantel test分析。（a）沉積物；（b）海水。

圖5.添加不同塑料在沉積物（a）、海水（b）、塑料際（c）中，氮固定、硝化、反硝化基因豐度差異柱狀圖。

原文鍊接：https://doi.org/10.1021/acs.est.4c08102