由威廉与玛丽学院巴滕海岸与海洋科学学院及弗吉尼亚海洋科学研究所牵头的一项研究近日发表于《FEMS微生物生态学》。研究团队报告称，在切萨皮克湾水域微塑料表面形成的微生物生物膜中，检测到与去除水体氮营养物质以及分解石油相关化合物有关的基因，显示这些群落具备相应的遗传潜力。该论文被评为该期刊2025年最佳论文。

合著者、巴滕学院及弗吉尼亚海洋科学研究所教授罗布·黑尔表示，这项工作由第一作者萨曼莎·福尔丁在巴滕学院攻读博士期间完成，并与同学凯利·乌利格合作。

研究人员采用宏基因组测序这一环境DNA技术，对约克河与切萨皮克湾交汇处水域中三类微塑料表面形成的微生物群落进行分析。实验中，团队将聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）和生物聚合物聚乳酸（PLA）制成的小珠子装入玻璃纤维网袋，悬挂在水柱上层，并分别在浸没7天、14天和28天后取样检测。

研究结果显示，样本中出现了大量与脱氮相关的基因。福尔丁现为普林斯顿大学博士后研究员，她表示，脱氮通常不被认为会在有氧水柱中发生，而微塑料表面快速生长的生物膜可能支持微缺氧环境，从而为相关过程提供条件。

研究团队指出，脱氮作用可将生物可利用的氮（如硝酸盐）转化为氮气，从而减少水体中过量氮营养物质。在切萨皮克湾等水域，氮负荷过高与有害藻华及低氧“死区”形成相关，因此氮循环过程被视为水质与富营养化的重要调节因素。

除氮循环相关基因外，研究还在生物膜中发现了与降解烃类及塑料相关化合物有关的基因。研究人员强调，这些发现并不等同于证明相关生物地球化学过程正在发生，而是表明微生物群落具备相应的遗传潜力。

合著者、巴滕学院及弗吉尼亚海洋科学研究所生态系统健康系主任宋奉根表示，随着进入海洋环境的塑料数量持续增加，塑料如何影响生物地球化学过程仍缺乏清晰认识。

在不同塑料类型的比较方面，研究显示三种塑料在第7天均迅速形成生物膜，早期群落在塑料类型间较为相似；到第二周后差异开始显现，尤其是在PVC样本上更为明显；但在第28天，尽管生物膜继续生长，群落总体又趋于相似。福尔丁称，团队推测PVC可能渗出更多化学物质，从而在早期影响生物膜；同时，长期观察结果提示，河流环境条件可能是驱动微生物群落变化的主要因素。

黑尔补充说，类似分析常在实验室受控条件下进行，塑料类型差异可能被放大；而本研究为原位实验，受到养分、潮汐以及约克河其他环境因素共同影响。

研究团队呼吁开展更多工作，以评估这些潜在的生物地球化学过程是否在自然环境中发生以及发生程度。宋奉根表示，他将继续与黑尔及巴滕学院其他教师和学生合作，进一步研究塑料对氮循环的影响以及消耗烃类的微生物。福尔丁则表示，她目前的研究重点已转向开放海洋的大尺度生物地球化学过程，但此次获得期刊年度最佳论文的认可令她感到意外。