1.研究团队

新疆大学 Jie Yang 团队联合挪威卑尔根大学、NORCE 研究院与巴音郭楞蒙古自治州生态环境监测站，在《Water Research》发表了题为《Microplastics and their interaction with microorganisms in Bosten Lake sediment》的文章。

第一作者为 Xiaorui Liang，通讯作者为 Jie Yang（新疆大学）与 Wei Wang（卑尔根大学）。

✅首次：首次系统刻画博斯腾湖沉积物微塑料的组成与分布，两季平均丰度约 0.9 粒/10 g，博湖镇最高；

✅形态：纤维状为主、约占六成，粒径集中在 0.2–1 mm；5 月透明颗粒占 53%，10 月黑色颗粒占 58%；

✅类型：5 月以 PET（40%）和 PE（26%）为主，10 月以 PET（71%）和 PEEK（11%）为主；

✅微生物：Actinobacteriota 与微塑料丰度显著正相关，Pseudomonas、Vicinamibacteraceae 在高微塑料站位富集。

Keywords：博斯腾湖   沉积物  |  微塑料 |  细菌  |  真核微生物  

2.研究背景

全球塑料产量从1950年的150万吨增至2021年的3.9 亿吨，2021年的回收率仅0.08%，大量塑料在环境中碎裂成直径小于5mm 的微塑料（MPs）。微塑料已在海洋、湖泊和河流沉积物中普遍检出，并通过生物摄食进入食物链。博斯腾湖是中国最大的内陆淡水湖，面积约1228km²，平均水深8.95m，主要靠冰雪融水补给，是重要的渔业与养殖基地；此前该湖水体的微塑料已有报道，但沉积物中的组成与分布一直缺数据。

沉积物是湖泊生态系统的关键一环，其中的微生物承担有机物降解与元素循环。已有超过400种微生物被报道具备塑料降解能力；微塑料表面会形成微生物膜，即塑料圈（plastisphere），反过来又塑造微生物群落的组成与功能。在典型西北内陆湖的沉积物里，微塑料与微生物群落究竟如何相互关联，此前尚未有人系统回答。

图1：微塑料配图

3.研究成果

团队于 2021 年 10 月和 2022 年 5 月分两季采集博斯腾湖 13 个站位的表层沉积物，经有机物氧化、密度分离与抽滤后挑出疑似颗粒，再用共聚焦拉曼光谱与 FTIR 双重鉴定，最后统计其丰度、颜色、形态、粒径与聚合物类型，并关联沉积物微生物群落。

3.1 鉴定：拉曼加红外，双谱确认

20 g 沉积物在 50 ℃ 烘干后，用 Fe²⁺ 催化的 30% H₂O₂ 氧化有机质，再加 ZnCl₂ 饱和溶液做密度分离，静置 48 h，上清液经 0.22 μm 滤膜抽滤，滤膜晾干后在 Leica M125 显微镜下挑出疑似颗粒。颗粒用共聚焦拉曼光谱扫描，波数范围 300–3300 cm⁻¹，谱图与标准塑料谱比对，相似度达到 60% 即判为微塑料，再用 FTIR 交叉验证。部分纤维太细，截面直径不足 10 μm，拉曼光与样品作用不完全；加上颗粒长期泡水、表面吸附杂质，谱峰会出现复合峰，所以把判定阈值设在 60%。

图2：博斯腾湖典型微塑料的拉曼与 FTIR 谱（a1、a2：样品 1；b1、b2：样品 2；c1、c2：样品 3；d1、d2：样品 4）

3.2分布与组成：博湖镇最高，PET 是主要成分

两季全湖平均丰度接近：5 月 0.95±0.72 粒/10 g，10 月 0.90±0.61 粒/10 g。博湖镇最高，5 月 2 粒/10 g、10 月 1.75±0.35 粒/10 g，显著高于黄水沟区（p<0.05）；开都河盆地两季均为 0.75±0.35 粒/10 g，黄水沟区 5 月 0.50±0.71 粒/10 g、10 月 0.25±0.35 粒/10 g。

颜色上，5 月透明/白色颗粒占 53%、黑色 26%、灰色 17%、黄色 4%；10 月黑色升到 58%、黄色 24%、无色透明 18%。形态以纤维状为主，5 月 61%、10 月 60%；5 月薄膜 17%、颗粒 13%、碎片 9%，10 月块状 28%、碎片 6%、薄膜 6%。粒径集中在 0.2–1 mm，5 月占 78%、10 月占 55%；超过 1 mm 的颗粒 5 月占 9%、10 月占 28%。

拉曼与 FTIR 共鉴定出 PET、PE、PS、PEEK、PMMA、PVC、ABS 七种聚合物。5 月 PET 占 40%、PE 26%、PS 13%、PMMA 9%、PEEK 4%、PVC 4%、ABS 4%；10 月 PET 升至 71%，其次 PEEK 11%、PS 6%、PE 6%、PMMA 6%。

图3：博斯腾湖沉积物微塑料的时空分布（a：丰度；b：5 月分组重算；c：10 月分组重算）

图4：博斯腾湖沉积物微塑料的颜色、形态、粒径与类型（a：颜色；b：形态；c：粒径；d：类型）

3.3 微生物：降解菌在高微塑料站位富集

细菌用 16S rRNA V3–V4、真核微生物用 18S rRNA V4 扩增，PacBio Sequel II 全长测序，SILVA 注释。细菌门以 Proteobacteria、Chloroflexi、Planctomycetota、Actinobacteriota、Firmicutes、Acidobacteriota、Desulfobacterota 为主，季节间结构相对稳定；真核微生物以 Chlorophyta、Bacillariophyta 等为主，季节差异明显。

相关分析里最明确的一条是 Actinobacteriota：其丰度与沉积物微塑料丰度显著正相关。在微塑料浓度较高的BH4、BH9站位Pseudomonas 与 Vicinamibacteraceae 富集，前者有塑料降解能力，后者擅长分解复杂碳链。与之相对，细菌群落的整体结构更多受有机质与水深控制：Thiobacillus、Ca. competibacter 等参与土壤元素循环的细菌与有机质含量显著正相关，厌氧菌 Thermoanaerobacterium 与水深显著正相关。真核一侧，担子菌门 Basidiomycota（已知参与微塑料降解）与微塑料丰度负相关。高微塑料组的细菌多样性（Chao1、Shannon）低于低浓度组，但多数差异未达统计显著。

图5：门/属水平微生物与环境因子的相关性（a：门水平细菌与微塑料；b：门水平真核与微塑料；c：属水平细菌热图；d：属水平真核与微塑料；* P<0.05，** P<0.01，*** P<0.001）

4.复享光学设备推荐

gora-Lite 显微拉曼光谱仪 显微拉曼光谱仪 gora-Lite 采用光纤共焦平台，可实现衍射极限（亚微米量级）的空间分辨率；得益于高效率光路设计，实现优于 5：1 的硅三阶峰信噪比；结合自动对焦技术、电动扫描技术、数据分析功能，是微塑料检测、碳纳米材料检测、艺术品与文物检测、药物分析、细胞组织检测等应用的理想显微拉曼系统。

图6：复享gora-Lite 显微拉曼光谱仪

<1μm 共焦平台:采用光纤共焦，实现在 XY空间方向分辨率 0.5μm，Z轴方向分辨率 2μm 的超高空间分辨率；

高信噪比：基于高效率光路设计，在 532nm 激发波长下，实现大于 5：1 的硅三阶峰水平，且硅的荧光强度远低于硅的一阶峰信号水平，信噪比达到同级别领先水平；

简单易用：将电控样品台与光谱仪进行联动，实现 XY轴自动 Mapping 成像，结合快速 Z轴自动对焦技术，实现简单易用的拉曼光谱检测和成像；

光纤光路设计：可灵活搭配复享光学光纤光谱仪或成像光谱仪，满足不同应用场景的需求，实现高性价比的方案选择；

5.总结

博斯腾湖沉积物微塑料平均丰度 5 月 0.95±0.72 粒/10 g、10 月 0.90±0.61 粒/10 g，博湖镇最高，整体低于国内多数湖泊，说明湖区污染控制有一定成效。纤维状、0.2–1 mm 是主导形态与粒径；PET 是两季占比最高的聚合物，5 月还伴随较高比例的 PE，10 月则出现 PEEK，与当地纺织、渔具、包装和工程塑料的使用对应。

微生物层面，Actinobacteriota 与微塑料丰度显著正相关，Pseudomonas 与 Vicinamibacteraceae 在微塑料较多的站位富集，提示沉积物中已经形成以塑料降解为导向的微生物聚集；而细菌群落整体更多受有机质与水深控制，微塑料的影响相对温和、多数未达统计显著。这项研究补上了西北内陆湖沉积物微塑料的空白，也为把沉积物微生物群落用作污染指示提供了依据。

参考文献：

[1]Microplastics and their interaction with microorganisms in Bosten Lake sedimentDOI：https://doi.org/10.1016/j.watres.2024.122060 

作者：Xiaorui Liang, Jing Ye, Yu Xue 等；期刊：Water Research, 2024, 261, 122060