本研究由Weihong Zhang、Geetika Bhagwat、Thava Palanisami、Shuxin Liang、Wenjie Wan和Yuyi Yang等人完成，其中Yuyi Yang为通讯作者。研究单位主要包括中国科学院武汉植物园、中国科学院大学、中国科学院与湖北省丹江口湿地生态系统野外科学观测研究站，以及澳大利亚纽卡斯尔大学。该研究于2023年11月15日在线发表于*Water Research*期刊，文章编号为120875。

该研究属于淡水微生物生态学与微塑料污染交叉领域。淡水湖泊是维持生物多样性和调节气候的重要水资源，但全球范围内湖泊生态系统正日益受到微塑料污染的威胁。微塑料作为持久性且可移动的基质，能够被微生物定殖并形成生物膜，即“塑料圈”（plastisphere）。塑料圈的形成可能改变湖泊微生物群落的组装过程和生态功能。已有研究表明，微塑料聚合物类型、周围环境的生物化学与水文特征以及定殖时间是影响塑料圈微生物群落组成的重要因素，尤其是原核生物。然而，以往研究较少同时考虑定殖地点、定殖时间和聚合物类型对塑料圈形成过程中微生物群落组成与组装机制的综合影响，且对真核生物的研究更为缺乏。因此，本研究旨在阐明湖泊生态系统中八种不同微塑料聚合物表面塑料圈中原核生物与真核生物群落的组成、来源、功能及组装模式，特别关注时空演替过程。

研究采用了野外原位暴露实验与高通量测序相结合的方法。首先，选择了四种不可生物降解微塑料（聚乙烯PE、聚丙烯PP、聚苯乙烯PS、聚氯乙烯PVC）和四种可生物降解微塑料（聚乳酸PLA、聚羟基脂肪酸酯PHA、聚丁二酸丁二醇酯PBS、聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯PBAT），均为直径2–3毫米的白色原始颗粒。所有聚合物颗粒经75%乙醇超声清洗30分钟并用无菌超纯水多次洗涤以去除表面可能存在的微生物。随后，将50粒灭菌微塑料装入圆柱形不锈钢笼（直径8.5厘米，高10.5厘米，孔径约0.8毫米），分别置于武汉市四个相对独立且互不连通的湖泊水面下0.5米处。在培养后第3、7、15、30和60天采集微塑料样品，同时通过顺序过滤获得水体中颗粒附着型（粒径2.0–156微米，wp）和自由生活型（粒径0.22–2.0微米，wf）微生物样品。共收集160个微塑料样品和40个水样，所有样品在DNA提取前保存于−80°C。DNA提取采用CTAB法，利用16S rRNA基因V3–V4区引物341F/806R和18S rRNA基因V4区引物528F/706R分别扩增原核生物和真核生物群落。测序在Illumina NovaSeq6000平台上完成，原始数据经fastp质控、USEARCH去除嵌合体、QIIME2的DADA2模块降噪并过滤低丰度序列，最终获得扩增子序列变体（ASVs）。统计分析方法包括PERMANOVA评估群落组成差异，基于Bray-Curtis距离和βMNTD距离计算分类学与系统发育相似性，利用距离衰减关系（DDR）分析时空距离对群落相似性的影响，通过Sloan中性模型估计迁移率（m值），采用Stegen等人框架结合βNTI和RCBray量化确定性与随机性过程的相对贡献，并构建基于Spearman相关性的共现网络以分析微生物共存模式。此外，利用Tax4Fun预测原核生物群落的潜在生态功能。

研究结果表明，水体中颗粒附着型微生物是塑料圈原核生物的主要来源，而自由生活型微生物主要贡献塑料圈真核生物。具体而言，塑料圈原核生物中仅在wp中检测到的ASV数量是仅在wf中检测到数量的5.31–5.96倍，而塑料圈真核生物中仅在wf中检测到的ASV数量是仅在wp中检测到数量的1.49–1.78倍。群落相似性分析也显示塑料圈原核生物与wp原核生物的相似性更高，而塑料圈真核生物与wf真核生物的相似性更高。在组成上，塑料圈原核生物以γ-变形菌纲（56.60%–68.72%）和α-变形菌纲（15.90%–24.15%）为主，而塑料圈真核生物以Intramacronucleata（14.24%–26.41%）和Clitellata（6.34%–13.88%）为主。不同微塑料聚合物对原核生物群落的选择性富集效应强于对真核生物群落的影响。例如，PE、PP、PS、PVC和PLA表面的原核生物群落聚类在一起，具有较高丰度的Nitrospiria、Anaerolineae和Vicinamibacteria；而PHA、PBS和PBAT表面则富集γ-变形菌纲和Polyangia。真核生物群落未表现出明显的可生物降解与不可生物降解聚合物之间的聚类趋势。PERMANOVA分析显示，定殖时间是影响塑料圈原核和真核生物群落组成变异的主要因素，其次是聚合物类型和定殖地点。原核生物群落的Chao1丰富度、Shannon多样性和Pielou均匀度指数随定殖时间增加而升高，而真核生物群落则呈相反趋势。距离衰减关系进一步证实，塑料圈微生物群落在分类学和系统发育水平上均随定殖时间发生显著变化，但空间尺度上未表现出明显的距离衰减。

在群落组装机制方面，原核生物群落在大多数微塑料聚合物表面的组装由确定性过程主导（占比超过60%），其中均质化过程（主要是同质选择）贡献最大；而真核生物群落在所有塑料圈中均由随机性过程主导（占比超过80%），其中扩散限制是主要的分化过程。Sloan中性模型显示，塑料圈原核生物群落的迁移率高于真核生物群落。Pearson相关分析表明，原核生物群落组装的|βNTi|值受碳源影响较大，而真核生物群落组装受温度和定殖时间影响更大。原核生物群落的生态位宽度在不同微塑料聚合物之间存在显著差异，而真核生物群落未表现出类似趋势。共现网络分析显示，原核生物在塑料圈微生物网络中参与度高于真核生物，且塑料圈网络密度高于水体网络，网络路径更短，表明塑料圈形成了更紧密的微生物网络。原核生物与真核生物之间的负相关比例显著高于各自类群内部的负相关比例，暗示存在较强的竞争或捕食关系。功能预测表明，塑料圈原核生物在水体相比具有更强的外源物质生物降解与代谢、脂质代谢、细胞生长与死亡等潜在功能。可生物降解的PBAT、PBS和PHA表面原核生物群落的潜在生态功能聚类在一起，而PLA表面原核生物的功能与非生物降解微塑料更为相似，表明PLA在水环境中的可降解性较弱。

该研究的核心结论是：塑料圈中微生物群落的组装差异更多地取决于特定微生物亚群落和定殖时间，而非聚合物类型和定殖地点。具体而言，颗粒附着型水体原核生物是塑料圈原核生物的重要来源，而自由生活型水体真核生物是塑料圈真核生物的重要来源。与原核生物相比，塑料圈真核生物的组装具有更强的扩散限制和随机性，但同质选择和迁移率更弱。研究提出了一个概念框架，阐释了来自八种不同聚合物的湖泊塑料圈中原核生物与真核生物群落的起源和时空演替机制。该研究的科学价值在于首次同时揭示了原核生物与真核生物在淡水湖泊塑料圈形成过程中具有不同的来源偏好和组装机制，为深入理解微塑料作为微生物扩散载体在湖泊生态系统中的生态效应提供了新视角。应用价值方面，研究指出可生物降解微塑料（尤其是PHA、PBS和PBAT）表面富集的微生物具有更强的降解潜力，有助于评估不同聚合物材料在水环境中的生态风险与降解行为。研究亮点包括：首次证实塑料圈原核生物主要源于水体颗粒附着型微生物而真核生物主要源于自由生活型微生物；发现定殖时间是影响塑料圈微生物群落组成的主要因素而非聚合物类型或地点；揭示原核生物与真核生物在群落组装过程中分别受确定性过程和随机性过程主导的显著差异；构建了湖泊塑料圈微生物群落时空演替的概念框架。研究还呼吁未来在全球不同湖泊生态系统的大时空尺度上开展塑料圈生态演替研究，并纳入病原体和病毒等生物类群，以更全面评估微塑料的环境与健康风险。