塑料际“侦探”与微生物的“塑料奇缘”

可塑性强、可以装酸碱、不怕太阳晒、防水、生产成本低等多重优点“傍身”的塑料被人所熟知。从问世至今不到百年的时间里，塑料已走入千家万户，深入人类生活各个角落。

但是，丢弃的塑料不仅影响环境，还会影响土壤、影响生态、甚至影响人类的可持续发展。2005年，英国《卫报》甚至将塑料袋评为人类最糟糕的发明。

而塑料际，则是指塑料制品进入土壤或者水体后，在塑料周围形成的一种特殊的微环境以及这种微环境中所形成的微生物群落。早期大家对塑料污染的关注主要是由于其物理影响，近些年科学界发现塑料污染通过化学和生物效应也会造成深远的影响。

日前，山东大学环境研究院教授刘建与香港理工大学助理教授金灵联合多家国内外科研单位构建了全球塑料际微生物图谱，揭示了塑料表面通过选择性装配特有微生物群落而产生的生态安全和人类健康风险。

塑料碎片样品照片

李长超在实验室中进行塑料表面DNA提取

走，扎进海里寻找塑料际

比起广泛使用还不足百年的塑料，有关塑料际的研究则更是个“羽翼未满”的“孩童”。

塑料际的概念，最早由荷兰海洋微生物学家Linda A. Amaral-Zettler等人于2013年提出，此后塑料际研究逐渐发展。2020年，Linda A. Amaral-Zettler等学者在Nature Reviews Microbiology上综述了塑料际微生物生态与风险后，塑料际研究进入高速增长期。

目前，研究发现塑料际表面会形成特殊结构的微生物群落，塑料际微生物群落通常具有更高丰度的致病菌和耐药基因，微生物代谢有机化合物的功能潜力在塑料际中被增强，水环境中的塑料际微生物群落往往具有更高的反硝化功能潜力，可能产生氧化亚氮等温室气体，塑料际微生物群落对生态系统功能和健康具有潜在威胁。

刘建团队对塑料际的探索则源于一次湿地调查。

彼时，李长超正读硕士一年级，在外教课上他被分配到做有关微塑料的展示。查阅资料过程中，他突发奇想，“能否将自己目前的研究结合微塑料？”

他的想法很快得到了实践的机会。

2019年暑期，他在导师刘建的安排下调查湿地生物多样性，“微塑料是否会对微生物有影响？”“湿地里面的微塑料是什么样的？”调查间隙，他不断思考并对湿地微塑料展开研究，随即向导师讲述了自己的想法。

一向鼓励学生大胆创新敢于实验的刘建，仅用了一天时间考虑其可行性，就肯定了李长超的想法，支持他结合课题组已有的湿地生态学和微生物生态研究经验，开始研究环境中塑料际微生物群落特征及其可能造成的生态影响。

2020年夏天，为了更好采集样本做研究，他们专门租赁船只先后在青岛胶州湾、烟台丁字湾取样。

海上风急，船只颠簸，随船人员全身都被打湿。

“一上船，我就开始晕船，不停地吐，连采集地样品都是委托同行的朋友帮忙，”李长超苦笑回忆道，“开船的师傅告诉我个好办法，跳进海里就不晕了。”

为了尽快完成取样任务，不会游泳的李长超竟真的套了个泳圈，就一头扎进海里，晃晃悠悠地到海边防鲨网处采集样品。当时的他“无法预料到这次取样的结果好坏，但是既然开始，就全力以赴，这是对科研的态度”。

2021年，本次取样结果的相关文章发表至环境领域权威期刊《水研究》（Water Research），这也为李长超提供了继续坚持下去的信心和动力。

2021年3月，李长超申请到了香港理工大学联合培养机会，并于8月份赴香港进行学习。

在香港，李长超主要由金灵指导，研究方向为环境健康。

从最初在刘建团队中学习生态领域的知识，而后在金灵团队中了解环境健康领域的前沿，于是，新的研究结合了生态与健康两个方向，是跨领域合作的结晶。

在青岛海上采样

李长超在海中采集样品

1192个同类研究样本 首份全球塑料际微生物图谱

“能否在全球尺度揭示塑料际微生物生态模式和影响？”

2021年，在导师金灵的支持与资助下，李长超在青岛沿海与香港沿海进行了冬夏两季的样本采集。

对比之前取样时的晕船“惨状”，李长超称香港的取样工作“非常顺利”。

“可能是之前‘练’出来了，后来在香港跟船出海采样，在其他人都因为晕船吐得难受的时候，我反倒没什么事，完成了自己采样工作的同时也帮助其他人的采样工作。”

从仅在山东沿海到扩大至香港，从单一样本到不同时间不同地点的样本分类对比，他们的视角越加开阔，全球大尺度的研究思路也随之产生，开始为构建全球塑料际微生物数据集做准备。

塑料际生态领域研究尚未成熟，许多研究还处于探索中。研究方法不一致、研究数量不充足、收集数据困难重重……样品有了，思路也清晰，但一系列问题却都摆在团队面前。

“我们对所有相关文献进行检索和筛查，按照一系列标准对数据进行筛选，最终在数据数量和质量之间进行平衡，获取了高质量的、统一标准的、可有效避免数据偏移的一个全球塑料际微生物数据集。”李长超讲道。

最终共收集了全球共1192个同类研究样本，同类即指利用高通量测序技术分析环境塑料际微生物群落的研究。

2022年，刘建、金灵联合国内外多家科研单位合作，最终建立了全球尺度塑料际微生物数据集，基于此数据集揭示了环境中塑料表面装配的微生物群落特征及其产生的生态安全和人类健康风险。

研究发现的塑料际微环境驯化出高有机化合物代谢潜力的微生物群落，未来有望通过在塑料际中富集和筛选相关菌群研发塑料的微生物降解技术和产品，为全球塑料污染提供解决方案。

“起初，李长超的科研思维启蒙于生态领域，想把这个研究做成认识塑料际微生物群落特征和规律的研究，在金老师的建议下，加入了对塑料际健康风险的分析，最终塑料际健康风险结果反而成为研究的一个重要发现和结论，这是两单位合作的结果。”刘建向《中国科学报》介绍道。

毕业典礼时，刘建教授（左）与李长超（右）合影

导师金灵（左三）李长超（右二）在香港海域采集样本

五年，向塑料际更深处游去

事实上，文章的见稿过程并不顺利，甚至有点坎坷。

文章从2022年9月开始从国际顶级学术期刊投稿，但接连被拒稿了好几次，其中有的已经经历了返修阶段但最终仍然没有顺利被发表。

“塑料际概念的提出让大家意识到塑料污染的微生物效应也可能对生态系统功能和人类健康产生深远影响，只有全面认识到塑料污染风险才能针对性的制定风险管控方案。”刘建讲道，“我们对文章抱以厚望，虽然被拒稿时心情是低沉的，但从来没想过放弃。”

心情受挫，但研究不能停滞。几个月的修改与补充时间里，李长超又按照专家建议补充了宏基因组测序数据对结果进行双重验证。

2024年1月，文章最终被顺利发表于Cell旗下综合性期刊《创新》（The Innovation）上。

后来，文章不仅被选为期刊封面导读内容和期刊精选内容，同时广受国内外专家好评，并在近期于深圳召开的2024前沿科学创新大会中，被评选为最受欢迎论文。

2024年3月，刘建与金灵两团队再次合作，在环境科学顶刊《环境科学与技术》（Environmental Science & Technology ）发表了封面论文，首次提出“微塑料组（Microplastome）”的新概念，倡议以整体视角捕捉微塑料的真实生态影响。

从2019年开始踏入这个研究领域，到2024年，他们用五年的经验积累，在环境微塑料和塑料际微生物的风险评估和应对方面贡献了力量。

“在研究过程受阻时，想过放弃转向更熟悉更容易的区域吗”

“从来没有！”

回顾取得此次成果的感受，李长超眼睛深邃明亮、毫无疲态。“最开始有点初生牛犊不怕虎的感觉，很想继续研究自己感兴趣的东西，自身的努力必不可少，但最幸运的还是一路遇到的老师都非常好，能够支持我不断研究下去。”

前一天提出的新研究方向，第二天就能被积极回应并同意，刘建说，“我的导师当初也是这么支持我的。”

如今，他将这份“兴趣驱动下的自由”传承给了自己的学生们，并告诉大家，“对本学科的重大问题保持关注，从中寻找自己最感兴趣的点，然后围绕兴趣点深入挖掘，不辞辛苦积累数据，遇到困难不要气馁，逢山开路，遇水架桥；多向同行请教和交流，通过多方合作解决困难。”

李长超至今还记得，初读研究生时他写下的“人生目标”：希望自己在30岁而立之时被人提起能被称得上一句“科研新秀”。

那时，导师刘建回复他，“一定会的。”

论文相关信息：

https://doi.org/10.1021/acs.est.3c08849