微塑料作为一种新兴污染物,以其分布范围广、潜在危害大而备受关注。微塑料上的生物膜会促进塑料沉积和动物摄食,受到了国内外研究人员的广泛关注。尽管目前已有许多报道研究了海洋中微塑料上生物膜的特征,但淡水环境中微塑料与微生物群落的相互作用鲜有报道。污水处理厂是微塑料进入淡水环境的重要源头之一,其工艺并不能将微塑料完全去除。同时,污水处理厂中携带生物膜的微塑料的特征及潜在危害性仍然未知。为研究进入污水处理厂的微塑料表面附着生物膜的特征与环境效应,该研究将典型微塑料投放入青岛某污水处理厂中,运用激光共聚焦显微镜、原子力显微镜、傅里叶红外光谱仪、16S rDNA测序、宏基因组测序等技术手段,研究微塑料上生物膜的空间分布、厚度、物种相对丰度、抗性基因种类及生物膜对微塑料表面形态的影响。本研究的主要结论如下:(1)通过激光共聚焦分析发现,污水处理厂中的微塑料可以成为微生物附着的载体。运用原子力显微镜测量生物膜厚度发现,不同微塑料的生物膜厚度不同,好氧污泥中的PE微塑料具有最大的生物膜厚度。生物膜量与微塑料的疏水性、表面粗糙度、培养环境有关。疏水性和表面粗糙度越大,微塑料越容易被生物膜黏附,且好氧池中的微塑料生物膜量高于厌氧池。运用原子力显微镜和FTIR观察发现,生物膜具有降解微塑料的潜力,它可以改变微塑料的表面粗糙度,并使微塑料暴露出更多的官能团。(2)通过16S rDNA测序发现,微塑料是一种独特的微生物载体,其上生物膜的细菌群落组成与背景污泥不同,不同环境中培养的微塑料生物膜的物种组成也存在差异,主要体现在优势菌的种类和丰度。同时,生物膜的物种多样性指数(Chao1指数和Shannon指数)均高于背景污泥,微塑料可富集环境中的微生物。此外,微塑料上可检测到肠杆菌科(Enterobacteriaceae)细菌,因此微塑料可能成为致病菌的载体,协助致病菌的传播和扩散。(3)通过宏基因组测序发现,微塑料上可以检测出多种抗性基因,如多药耐药基因(multidrug)、β-内酰胺基因(beta-lactam)、磺胺类基因(sulfonamide)、枯草杆菌基因(bacitracin)、氨基糖苷类基因(aminoglycoside)、MLS类基因(macrolide-lincosamide-streptogramin)、四环素基因(tetracycline)。因此微塑料可以成为抗性基因的载体,并通过污水处理厂的出水将抗性基因传播至河流或海洋。该研究的结果指出了微塑料作为微生物载体的独特性及作为致病菌和抗性基因载体的潜在危害性,为进入污水处理厂中的微塑料的安全性评估提供了理论支持。