科研進(jìn)展
寒旱區農田土壤微塑料污染驅動(dòng)根際抗性基因富集研究獲新進(jìn)展
在我國西北寒旱地區，農膜因其顯著(zhù)的保溫保濕作用而被廣泛使用。然而，大量農膜未能得到有效回收，在耕作和紫外輻射等因素作用下逐漸破碎、風(fēng)化，形成微塑料（Microplastics,MPs）。MPs作為全球性污染物，廣泛存在于土壤中，但針對抗生素抗性基因（ARGs）、殺菌劑和重金屬抗性基因（BMRGs）、移動(dòng)遺傳元件（MGEs）、毒力因子（VFGs）和人類(lèi)病原菌（HBPs）的協(xié)同擴散機制的解析仍然有限，尤其中藥材根際的相關(guān)研究更為缺乏。
中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院蘭州生態(tài)農業(yè)試驗研究站寒旱特色農業(yè)技術(shù)創(chuàng )新研究團隊，以聚乙烯微塑料（PE-MPs）為研究對象，選取以根入藥的中藥材當歸作為指示植物，在甘肅省蘭州市榆中縣馬坡鄉開(kāi)展田間觀(guān)測試驗，系統評估了不同濃度PE-MPs對當歸根際土壤中ARGs、BMRGs、VFGs及HBPs動(dòng)態(tài)變化的影響，旨在揭示微塑料脅迫下HBPs、ARGs、BMRGs和VFGs的擴散途徑及其潛在驅動(dòng)機制。
研究顯示，PE-MPs污染顯著(zhù)提高了ARGs、BMRGs、VFGs及HBPs的豐度和多樣性，并呈劑量依賴(lài)性增強趨勢。隨PE濃度升高，宿主微生物總體豐度增加，但ARGs、BMRGs和VFGs宿主群落多樣性顯著(zhù)下降，結構趨于單一化。?
偏最小二乘路徑建模分析表明，PE-MPs不僅直接重塑了微生物群落，還通過(guò)改變群體感應（QS）顯著(zhù)上調HBPs豐度，HBPs進(jìn)一步正向促進(jìn)宿主群落重構及ARGs、BMRGs、VFGs富集。QS改變可能負向調控MGEs活性，但MGEs在PE脅迫下仍表現出功能模塊選擇性激活特征。
普魯克分析(Procrustes Analysis)與蒙特爾檢驗(Mantel test)揭示，MGEs與ARGs、BMRGs、VFGs及HBPs之間存在顯著(zhù)協(xié)同變化，網(wǎng)絡(luò )結構分析也強化了MGEs在擴散過(guò)程中的核心地位，表明MGEs在PE-MPs脅迫下具有更強的網(wǎng)絡(luò )核心性與調控能力，這提示MGEs不僅通過(guò)QS調控的間接路徑參與基因傳播，還可能通過(guò)獨立機制介導遺傳物質(zhì)的橫向轉移，形成雙路徑并行的擴散模式。QS信號能形成對基因水平轉移的“門(mén)控效應”，在轉移效率與基因組穩定性之間實(shí)現生態(tài)權衡。
研究表明，PE-MPs污染顯著(zhù)加速了HBPs、ARGs、BMRGs和VFGs在根際土壤中協(xié)同擴散，這一風(fēng)險在當歸等藥用植物中尤為突出，可能危及藥用安全并進(jìn)入人體微生物群落。
研究結果揭示了微塑料污染下根際“PE-MPs污染—QS驅動(dòng)—HBPs擴增—宿主重塑—MGEs門(mén)控”的復合調節機制，解析了抗性與毒力因子在藥用植物根際的擴散路徑及微生物生態(tài)適應策略。不僅為認識塑料污染對土壤健康和藥用植物安全的潛在威脅提供了新的科學(xué)證據，也為農業(yè)生態(tài)系統建立微生物風(fēng)險監測與管理策略提供了理論依據。
研究成果以Polyethylene microplastic pollution drives quorum sensing-mediated enrichment of rhizosphere pathogens,resistance genes,and virulence factors genes為題發(fā)表在Journal of Hazardous Materials上，西北研究院博士研究生金衛杰為論文第一作者，張玉寶正高級工程師為通訊作者。該研究得到了中國科學(xué)院區域發(fā)展青年學(xué)者項目、蘭州市科技計劃項目等的共同資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2025.139800
聚乙烯微塑料污染驅動(dòng)群體感應介導的根際病原菌、抗性與毒力因子基因富集
