废水中的塑料表面存在不同的生物膜定殖现象：在聚酰胺材料上生物膜成熟过程加速，而在可生物降解聚合物上则表现为生长受到抑制

《Journal of Hazardous Materials》：Divergent biofilm colonization on plastics in wastewater: Accelerated maturation on polyamide versus growth inhibition on biodegradable polymers

　　本研究分析聚乙烯（PE）、聚酰胺（PA）、聚丁二酸/对苯二甲酸丁二酯/乳酸（BP）在水处理系统中的生物膜动态，发现c-di-GMP在15-22天达峰作为成熟标志物，PA促进稳定多功能生物膜（含Zavarzinia等菌属），而BP因胞毒性渗出物导致生物膜降解。研究揭示了不同塑料对水处理系统微生物群落及功能的阶段性影响机制。

　　微塑料（MP）在污水处理厂中形成的生物膜对生态系统完整性及处理稳定性产生重要影响，然而其在不同处理阶段的发展动态尚未得到充分理解。本研究通过模拟污水处理系统，对聚乙烯（PE）、聚酰胺（PA）以及可降解聚（己二酸-对苯二甲酸）/聚乳酸（BP）表面的生物膜组装动态进行了为期30天的系统分析。通过整合多种参数的多维度分析，我们发现环二鸟苷酸（c-di-GMP）是生物膜成熟的关键生物标志物，其浓度在15至22天达到峰值，同时伴随着生物量和胞外聚合物（EPS）的最高值。随后，β-葡萄糖苷酶和溶菌酶的活性增加，促使生物膜发生脱落，这一过程涉及微生物的自溶。生物膜的发展可以划分为三个阶段：初始附着（0至10天）、微生物定殖（10至22天）以及成熟与脱落（22天后）。

在初始附着阶段，主要由分泌胞外聚合物和降解塑料的微生物群落，如假单胞菌属（Pseudomonas）和红酵母属（Rhodotorula）主导，它们通过分泌EPS和降解塑料表面促进微生物的初步附着。在定殖阶段，氮转化功能微生物群落，如黄杆菌属（Ochrobactrum）、氨基菌属（Aminobacter）和铜绿假单胞菌属（Cupriavidus）逐渐占据主导地位，这些微生物在生物膜的结构稳定性和功能多样性中发挥重要作用。同时，一些潜在的生物膜稳定真菌，如 Rozellomycota-gen-incertae-sedis，也在这一阶段被观察到。随着生物膜进入成熟阶段，其结构和功能趋于稳定，而脱落阶段则由特定的酶促反应引发，导致微生物群落的重组和生物膜的解体。

聚酰胺（PA）在生物膜形成过程中表现出显著的优势，其表面通过酰胺驱动的氮富集和c-di-GMP水平的升高，促进了更稳定和功能丰富的生物膜形成。PA表面的生物膜不仅生物量更高，而且由功能微生物群落如 Zavarzinia、鞘氨醇单胞菌属（Sphingopyxis）和 Rozellomycota-gen-incertae-sedis 组成，这些微生物在碳氮循环中扮演重要角色。相比之下，可降解塑料BP虽然在初始阶段促进了细菌的招募，但随后由于细胞毒性渗出物和营养竞争，导致生物量下降和真菌活性受到抑制。这种现象在20天后尤为明显，表明BP在生物膜成熟阶段可能对污水处理系统产生不利影响。

本研究揭示了不同塑料类型对生物膜形成和发展的具体影响机制，为理解微塑料在污水处理系统中的生态作用提供了新的视角。通过分析生物膜的动态变化，我们不仅能够更准确地评估其对生态环境的潜在影响，还能为优化微塑料污染管理策略提供科学依据。研究结果表明，生物膜的形成是一个动态且复杂的过程，涉及多种微生物群落的协同作用和环境因素的调控。不同塑料材料因其化学性质和物理特性差异，对微生物群落的组成和功能产生不同的影响，进而影响生物膜的稳定性和处理效果。

微塑料污染已成为全球性环境问题，其对水生生态系统和人类健康的潜在威胁日益受到关注。污水处理厂作为微塑料的重要来源和汇点，其内部微生物群落与微塑料的相互作用对水质净化和生态平衡具有深远影响。研究发现，微塑料表面的生物膜不仅能够改变微生物的组成和功能，还可能通过物理和化学途径影响水处理过程。例如，某些微生物能够降解微塑料，促进其在水处理系统中的去除，而另一些微生物则可能通过与微塑料的相互作用影响水处理效率。此外，微塑料表面形成的生物膜还可能成为病原体的载体，增加水处理系统中病原微生物的传播风险。

在污水处理系统中，微塑料表面的生物膜形成过程受到多种因素的调控，包括微生物的种类、环境条件以及塑料材料的特性。本研究通过模拟污水处理系统，系统分析了不同塑料材料对生物膜形成和发展的具体影响。结果显示，聚酰胺（PA）在生物膜形成过程中表现出更强的促进作用，其表面的生物膜不仅生物量高，而且具有更高的功能多样性。而可降解塑料BP虽然在初始阶段能够吸引一定数量的微生物，但在后期由于细胞毒性渗出物和营养竞争的影响，导致生物膜的稳定性下降，微生物群落的多样性减少。这一发现表明，不同类型的塑料材料对生物膜的形成和发展具有不同的影响，从而影响其在污水处理系统中的作用。

本研究的成果对于污水处理厂的微生物管理具有重要意义。通过理解生物膜在不同塑料材料上的形成和发展机制，可以为优化污水处理工艺提供新的思路。例如，在选择污水处理系统中的塑料材料时，应充分考虑其对微生物群落的影响，以确保生物膜的稳定性和功能多样性。此外，研究还发现，c-di-GMP作为生物膜成熟的关键生物标志物，其浓度变化可以反映生物膜的发育状态。这一发现为监测和评估生物膜的形成过程提供了新的工具，有助于及时发现和干预可能影响污水处理效果的生物膜变化。

从环境影响的角度来看，本研究的结果揭示了微塑料在污水处理系统中的潜在生态风险。微塑料表面形成的生物膜不仅改变了微生物的组成和功能，还可能通过物理和化学途径影响水处理过程。例如，某些微生物能够降解微塑料，促进其在水处理系统中的去除，而另一些微生物则可能通过与微塑料的相互作用影响水处理效率。此外，微塑料表面形成的生物膜还可能成为病原体的载体，增加水处理系统中病原微生物的传播风险。因此，深入研究微塑料与生物膜的相互作用机制，对于评估其生态影响和制定有效的污染控制策略具有重要意义。

在实际应用中，污水处理厂需要采取综合措施来应对微塑料污染带来的挑战。一方面，应加强对微塑料污染的监测和管理，确保其在污水处理系统中的有效去除；另一方面，应通过优化微生物群落结构，提高生物膜的稳定性和功能多样性，从而增强污水处理系统的整体性能。此外，研究还发现，不同类型的塑料材料对生物膜形成和发展的影响不同，这为污水处理厂在选择和使用塑料材料时提供了科学依据。例如，在选择污水处理系统中的塑料材料时，应优先考虑那些能够促进微生物群落稳定和功能多样性的材料，以减少微塑料对生态环境的潜在影响。

总之，本研究通过系统分析不同塑料材料在污水处理系统中的生物膜形成和发展过程，揭示了微塑料与微生物群落之间的复杂相互作用。研究结果不仅有助于理解微塑料在污水处理系统中的生态影响，还为优化污水处理工艺和制定有效的污染控制策略提供了科学支持。未来的研究可以进一步探讨不同塑料材料在不同环境条件下的生物膜形成机制，以及如何通过调控微生物群落来提高污水处理系统的效率和稳定性。这将为应对微塑料污染提供更加全面和深入的科学依据，助力实现可持续的水资源管理和环境保护目标。