微塑料(MPs)一般指尺寸小于5 mm的塑料颗粒和碎片[1-3]。根据来源，环境中的MPs可以分为初级MPs（工业产品排放）与次级MPs（较大塑料的分解）两种类型[4]。目前，MPs已广泛分布在各种环境介质中，包括海水、淡水、土壤、污泥、动物组织等[5-6]。MPs的持久存在会对环境造成一定影响。一方面，受周围环境的生物/非生物侵蚀作用，MPs释放出有害的添加剂（如双酚A、多溴联苯醚等）[7]；另一方面，MPs从环境中吸附各类污染物（如芳香化合物、重金属、抗生素等），成为污染物的传播载体[8-9]。抗生素抗性基因(ARGs)是一种新兴环境污染物，其丰度不仅与抗生素和重金属等含量直接相关，而且利用可移动基因元件(MGEs)进行水平基因转移(HGT)，在环境微生物群落间扩散与传播[10]。研究表明：通过MPs、污染物、环境微生物之间的相互作用，MPs表面可能富集到独特的微生物群落，尤其是致病菌、抗生素抗性菌等，从而加剧ARGs传播的生态风险[11]。已有研究表明：MPs促进ARGs在其表面生物膜中及其周围环境中的富集与传播[12-15]。但由于研究方法的不同，报道中MPs对ARGs的富集结果存在较大差异，规律不明显。本研究分别从研究方法、富集效果、富集机制等方面总结MPs对环境中ARGs的富集研究情况，为MPs存在条件下ARGs的风险评估及传播控制提供支撑。1环境中ARGs富集作用的研究方法收集环境样本是研究环境中ARGs富集作用的关键。环境样本（包括MPs）主要获取方式：（1）野外调查。直接收集不同区域的环境样品（河流、海洋、湖泊、污水排放口等），对MPs、ARGs以及微生物群落进行分析，以获取环境背景值。（2）实验室模拟研究。在实验室条件下，通过控制特定的变量（如MPs的种类、尺寸、数量等），模拟MPs对ARGs的富集作用。（3）原位模拟研究。通过特殊装置（如金属笼[16-18]、粗麻袋[19]等），将MPs放置于原位环境（如红树林土壤[20]、河流[21]、北极冰湖[17]等），定期收集样品分析MPs的富集作用。ARGs的主要检测方法包括：（1）微生物培养与聚合酶链式反应(PCR)技术相结合的定性检测。（2）实时荧光定量PCR(qPCR)。（3）高通量实时荧光定量PCR(HT-qPCR)。（4）宏基因组测序。对于ARGs丰度定量方面，多数研究基于16S rRNA基因拷贝数进行相对定量；少数研究根据MPs与环境样品的单位质量或体积进行绝对定量[22]。2MPs对环境中ARGs的富集效果各研究对ARGs分布的关注角度不同：（1）考察MPs生物膜上及其周围环境中的ARGs。（2）考察MPs对周围环境中ARGs的影响。（3）考察MPs生物膜上的ARGs[23-24]。本文主要从环境类型、MPs暴露特征（类型、尺寸、与抗生素联合作用、暴露时间）、细胞外ARGs(eARGs)富集等方面，探讨MPs对生物膜与环境中ARGs的富集效果。2.1不同环境类型中MPs对ARGs的富集效果MPs生物膜从水体环境富集ARGs的现象较容易观察，并且MPs对周围环境中ARGs总丰度的提升也较为常见。在自然水体（河水、海水、湖水等）与污染水体（污水、垃圾渗滤液、养殖水体等）中，MPs生物膜在多数情况下可富集到ARGs；但是在自然水体中，MPs生物膜对ARGs的富集现象更显著。例如，从海水中收集的MPs生物膜上检测出64种ARGs，而海水样本中仅检测出6种。同时MPs生物膜上ARGs总丰度(5.15×10-3 copies/16S rRNA gene copies)高于周围水体(9.06×10-4 copies/16S rRNA gene copies)[25]。虽然海水养殖水体的MPs表面可以从水体中富集到大量的ARGs与MGEs，但富集的ARGs种类及总丰度均低于周围水体[26]。MPs普遍使污染水体、土壤-污泥-沉积物和动物肠道三种环境中ARGs丰度得到提升，并且在相似环境中，环境因子的差异影响MPs对环境中ARGs的富集效果。例如，与海水相比，PE MPs使河水中部分ARGs明显富集[20]。PE MPs可以显著提升55 ℃废水厌氧反应器中ARGs的丰度，但不影响65 ℃反应器中ARGs放热丰度[27]。PVC对乙醇合成废水与甲醇合成废水中ARGs的丰度变化也起相反作用[28]。此外，水分也影响MPs对土壤中ARGs丰度的提升效果[29]。2.2不同类型的MPs对ARGs的富集效果不同类型的MPs所形成的生物膜对ARGs的富集能力，以及其对周围环境中ARGs丰度的提升效果差异较大。另外，与其他人工或自然材料颗粒的比较中，MPs对ARGs的富集效果并非绝对。研究表明：在三种使用频次最高的MPs（聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS））中，PE MPs生物膜更容易从周围环境中富集ARGs，但PE自身对环境中ARGs总丰度的提升效果较弱。例如，在垃圾渗滤液[30]、污水[31]、河水[18]以及红树林土壤[19]等多种环境中，PE MPs暴露30 d左右所形成的生物膜上富集的ARGs丰度远高于PS或PVC MPs。但是PE MPs对活性污泥中ARGs的提升效果却低于PVC与PS MPs[32-33]。可生物降解MPs与非可生物降解MPs的比较研究中，虽然可生物降解MPs（如聚羟基脂肪酸酯（PHA）、聚-β-羟基丁酸（PHB）、聚己内酯（PCL）、聚乳酸（PLA）等）[17， 34-35]对ARGs丰度或种类没有明显富集作用，但这些塑料的种类显著影响ARGs组成。PCoA分析结果显示：PHA与聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)相比，MPs表面及海水中ARGs的组成均有显著差异[35]。在硬质材料的研究中，硬质人工材料（玻璃珠、陶瓷珠）对ARGs也具有富集作用，并且与硬质MPs（如PET）的富集效果类似[36-37]。但与硬质自然材料（石英砂）相比，PS与PE MPs的ARGs富集能力明显更强，可能是因为MPs表面比沙子表面更容易形成生物膜[17, 23, 38]。可生物降解的树叶碎片可以富集到比PE MPs更高的ARGs丰度与种类数[39]，但木材颗粒与MPs的富集效果差别不大[21]。2.3不同尺寸的微塑料对ARGs的富集效果目前，不同尺寸MPs形成的生物膜对ARGs的富集作用没有显著变化趋势，各项研究结果存在相互矛盾的现象。在毫米级MPs的研究中，与1 mm PE MPs相比，更大尺寸（3 mm和4 mm）MPs表面富集的ARGs丰度高98.8%~154.4%，ARGs种类多1.7%~13.6%[24]。对于微米级塑料，Parrish等[36]研究表明：100~200 μm与300~400 μm粒径的PE MPs对河水、污水中ARGs丰度富集没有显著差别。但吴文斌等[40]认为在100~400 μm范围内，PE MPs尺寸越小，从污水中所富集到ARGs的丰度越高。对跨尺寸级的同种MPs进行比较，大尺寸塑料(5 mm)与毫米级MPs(5 mm)[25]、微米级PS MPs(9.0~9.9 μm)与纳米塑料(50~100 nm、200~500 nm)[41]富集的ARGs丰度差异不大。但MPs粒径对周围环境中ARGs丰度的影响仍然较大。研究表明：100 nm PS颗粒使蚯蚓肠道ARGs丰度显著降低，而10 μm PS颗粒使蚯蚓肠道ARGs丰度显著提升[42]。在生物除磷系统中100 nm与100 μm PS颗粒均促进四环素类ARGs的富集，但是100 μmPS颗粒对其丰度的富集更显著[43]。2.4MPs与抗生素的联合暴露对ARGs的富集效果多数情况下，MPs以及抗生素对环境中ARGs的富集影响排序为：联合作用抗生素单独作用MPs单独作用不投加抗生素与MPs。例如，在PA MPs与四环素(TC)联合作用对蚯蚓肠道ARGs影响研究中，PA、TC单独作用以及两者联合作用均使蚯蚓肠道ARGs与MGEs种类数显著提升，并且PA同TC联合作用提升效果大于PA、TC单独作用[44]。在小鼠肠道中PET与磺胺甲恶唑(SMX)的联合作用也具有类似效果[43]。在某些条件下，MPs或抗生素的单独作用比两者联合作用对环境中ARGs的富集效果更强。纳米级PS颗粒短期暴露(7 d)对蚯蚓肠道ARGs丰度的提升(0.35 copies/cell)高于PS与TC联合作用(0.15 copies/cell)，差别在暴露时间延长后(14 d)逐渐减小[45]。水稻田土壤的模拟研究中，PS MPs被发现可以缓解SMX对sul1、intI1的富集作用[46]。2.5不同暴露时间下MPs对ARGs的富集效果MPs生物膜的形成需要一定时间，长时间暴露更利于MPs生物膜对ARGs的富集，但是MPs暴露时间对周围环境中ARGs总丰度的提升效果不一致。例如，MPs在垃圾渗滤液、污水中暴露时间低于30 d时，没有观察到富集现象；但随着暴露时间进一步延长，MPs生物膜上ARGs总丰度逐渐接近或者超过周围环境[30, 47-48]。虽然短期暴露对MPs生物膜上ARGs总丰度影响不大，但部分ARGs（如tetA、sul1）在更短时间（数天甚至12 h）明显富集[16-17, 40]。另外，即使是短期暴露，MPs也可以促进其周围环境中ARGs总丰度的富集。但很少有研究比较不同暴露时间下MPs对周围环境中ARGs的富集效果。Wang等[33]在活性污泥中，PS、PE MPs分别暴露14 d与28 d，对比其对污泥中ARGs丰度的影响。结果表明：PS MPs暴露时间越长对污泥ARGs丰度提升越显著，但PE MPs在两个暴露时间下，对污泥中ARGs丰度无显著影响。2.6MPs对eARGs的富集效果环境ARGs的存在两种形式：细胞内ARGs(iARGs)与细胞外ARGs(eARGs)[30, 40, 49]，其中eARGs主要来自细胞裂解后释放的iARGs，可通过收集微生物细胞及0.22 μm膜过滤液[40]获得。但大部分研究仅关注MPs对iARGs的影响。研究表明：当MPs暴露于环境后，环境中eARGs与iARGs的分布发生变化。Wang等[49]研究表明：MPs的暴露使好氧颗粒污泥中细胞内、外的tetW丰度提升，但是对细胞内外的tetE丰度影响差异很大。MPs选择性富集或吸附一些eARGs，并且对其富集或吸附能力可能更强[40, 49-51]。MPs生物膜中胞外tetW与tetE丰度也高于好氧颗粒污泥[49]。Cheng等[50]将多种MPs暴露于废水中，相较iARGs，MPs对eARGs具有更高的吸附倍数与吸附效率，并且此种吸附能力不容易受到多种理化条件变化的影响（如腐殖质、盐分等）。3MPs对环境中ARGs的富集机制环境ARGs主要通过垂直基因转移(VGT)与水平基因转移(HGT)两种途径进行传播[52]。eARGs主要是具有iARGs的细胞裂解后产生的具有ARGs的遗传物质游离片段，通过HGT方式被其他细胞摄取并整合到基因组[10]，重新转化为iARGs。iARGs存在于活细胞中，由亲代细胞通过VGT将其传递给子代细胞[53]，也可以通过HGT方式将其传递给其他细胞[10]。MPs主要以三种不同方式参与促进HGT与VGT过程，最终实现ARGs的富集：（1）MPs通过直接吸附实现ARGs的初步富集。MPs可以直接吸附游离在环境中的携带iARGs的抗生素抗性菌(ARB)及eARGs。游离微生物借助多种方式（例如，鞭毛运动、分泌多聚物、静电相互作用等）吸附并定殖在MPs表面[40, 54-55]。eARGs同其他污染物一样主要通过物理和化学方式（如疏水相互作用、静电相互作用、氢键相互作用、π-π相互作用以及范德华力）[56]吸附于MPs表面。不带电荷的强疏水性MPs（如抗菌PP）颗粒很难与带高电荷的DNA分子发生吸附，但是高离子强度条件却可以通过静电相互作用影响两者吸附[57]。如丰富的金属离子（如钠离子、钙离子和镁离子等）一般促进吸附[58]，而无机阴离子（如磷酸根离子和柠檬酸根离子）起强烈抑制效果[59]。环境pH值可以改变MPs颗粒（如改性PS、POM）60]的带电性质，从而影响eARGs的吸附效果[59]。含苯环的MPs（如PS、PET）可以通过芳香环的π-π相互作用促进对eARGs等污染物的吸附[56, 58]。另外，eARGs作为环境ARGs的重要储存库，可以参与HGT过程，从而促进ARGs的传播与富集[10]。（2）MPs作为生物膜载体通过促进HGT实现ARGs的富集。生物膜上较高生物量的微生物之间进行高密度和强烈的相互作用，使其成为基因交换的热点区域，有效促进了质粒共轭形式的HGT[14, 61-62]。生物膜群体感应(QS)在生物膜的形成与基因转移过程中起到重要调节作用，MPs可以通过影响生物膜形成过程中QS信号分子影响ARGs的HGT[63]。（3）MPs借用所吸附与浸出的污染物通过促进VGT与HGT的形式实现ARGs的富集。原本是或新突变产生的ARB能够克服该选择性压力在MPs表面及其周围环境中富集，以HGT形式实现对ARGs的富集[9, 12, 64]。例如，PET、PVC等MPs在海水、河水水体中会选择性富集Pseudomonas菌属，该菌属中携带多重耐药ARGs的细胞数目超过50%[21,35,39]。致死浓度的重金属通过抗性共选择筛选出同时具有ARGs与金属抗性基因(MRGs)的抗性菌[12, 62]。亚致死浓度的抗生素、重金属、其他污染物（特别是塑料添加剂、纳米颗粒）会诱导细胞内活性氧(ROS)累积，从而促进HGT[65-66]。例如，PS老化过程中释放的化学物质（如十二烷基硫酸钠（SDS）[67]）会诱导ROS在细胞内累积，影响细胞膜通透性，同时与基因摄取相关基因的表达活性也会上调，从而增加了受体细胞进行HGT的敏感性[50, 68]。ROS累积造成的氧化应激也可能提高ARGs与MRGs共选择的频率[69]。MPs在吸附作用的基础上，从不同途径促进HGT与VGT是实现环境ARGs富集的主要机制。4结论（1）相关环境样本的主要获取方式为野外调查、实验室模拟研究与原位模拟研究，环境样本ARGs主要检测方法为qPCR、HT-qPCR与宏基因组技术。（2）MPs影响环境中iARGs与eARGs的组成分布，在各个环境中均存在ARGs富集现象，并且环境条件的差异会显著影响ARGs的富集效果。（3）MPs的材料类型、与抗生素的联合作用以及暴露时间对ARGs的富集影响显著，但MPs的尺寸对ARGs的富集效果的影响趋势不明显。（4）MPs从不同途径促进HGT与VGT是实现环境ARGs富集的主要机制。目前，MPs富集环境ARGs的相关研究主要集中在富集效果的揭示方面，对富集机制的研究较为缺乏，环境类型研究范围不够均衡，主要集中在水体环境，应加强土壤、污泥/沉积物、大气、动物肠道，特别是哺乳动物肠道环境中的研究，以探索MPs对环境ARGs的富集规律与生态效应。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.02.019.F001