近日，陜西省西安植物園（陜西省植物研究所）植被恢復生態學團隊王宇超研究員等人在國際頂級環境期刊《Environmental Science & Technology》（IF=11.3，中科院1區Top）在線發表題為“Rhizosphere keystone microbiomes promote invasive plant growth under PLA and PVC microplastic stress: a comparative study with native species”的研究論文。

在全球變化背景下，生態系統正同時遭受外來物種入侵和微塑料污染的雙重壓力。盡管已有研究關注了微塑料對土壤性質或植物生長的獨立影響，但其如何通過調節植物與根際微生物的互作關系來影響入侵進程，至今仍不明確。

本研究選取三對親緣關系較近但入侵性迥異的菊科植物進行對比研究，通過設置添加10%（w/w）PLA或PVC微塑料的土壤環境，模擬重度污染情景，從植物表型、土壤功能到微生物群落結構等多個維度全面解析微塑料的生態效應。

研究結果顯示，微塑料暴露對植物生長普遍產生抑制作用，但其效應在不同植物類型間存在顯著差異。本地植物生長受損嚴重：在PLA微塑料處理下，本地植物的地上生物量平均下降85%，根系生物量也顯著減少。入侵植物表現出高度適應性：相比之下，入侵植物的根長在此脅迫下幾乎未受影響，表現出更高的生理可塑性。在PVC處理下，其根系生長指標與對照組無顯著差異。說明入侵植物進化出了更高效的策略以應對新型環境脅迫。

圖1 通過盆栽實驗，在模擬的微塑料（PLA和PVC）污染土壤中，對比了三對入侵植物與本地近緣種的生理生態響應。

圖2 根際酶活性及其抗性指數圖。入侵植物根際的酶功能在微塑料脅迫下維持了更高的穩定性。

通過微生物共現網絡分析發現，在微塑料脅迫下，與本地植物相關的根際微生物網絡結構趨于簡化和松散，連接度下降。相反，與入侵植物相關的微生物網絡復雜度和連接度顯著增加，形成了結構更穩健、功能更多元的微生物群落。研究進一步識別出了一批在網絡中具有高拓撲重要性的關鍵類群，如節桿菌屬（Arthrobacter）和鞘氨醇單胞菌屬（Sphingomonas）。這些微生物對維持整個群落的結構穩定和功能完整性至關重要，并通過促進養分循環等途徑，直接增強了宿主植物的脅迫抗性。

圖3 微生物共現網絡可視化對比圖。在微塑料脅迫下，入侵植物（右）的微生物網絡變得比對照組更復雜，而本地植物（左）的網絡則顯著退化。

研究還發現，可生物降解的PLA微塑料對根際生態系統的擾動比傳統的PVC更為劇烈。PLA在降解過程中釋放的有機物，為特定微生物提供可利用資源，從而加速了微生物群落的重塑，為入侵植物創造了有利的微環境，凸顯了在評估“環境友好型”材料時，考慮其潛在間接生態效應的必要性。

圖4 微塑料通過改變土壤，進而調控微生物群落，最終差異化地影響植物生長的路徑模型，其中微生物群落是連接環境脅迫與植物響應的核心環節。

本研究的意義在于證實了微塑料并非只是被動的物理污染物，而是能夠作為一種強大的環境篩選壓力，通過調節地下微生物群落影響地上植物間的競爭格局。這一發現為生物入侵防治與環境污染管理提供了全新視角：未來通過對土壤微生物組進行靶向調控，或許能為協同應對微塑料污染和生物入侵的雙重挑戰提供一種創新的生態學策略。

本研究由陜西省西安植物園（陜西省植物研究所）、芬蘭赫爾辛基大學、沈陽農業大學和德國基爾大學等多家國內外機構合作完成。我園王宇超研究員為論文第一作者，西安植物園為第一完成單位，岳明教授也參與了本研究工作。該研究得到陜西省科學院（2023K-02、2020K-05）、陜西省重點研發計劃（2020ZDLSF06-01）、西安市第一次野生植物資源調查（K6-2207039）等項目的資助。

原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.5c06285