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土壤植物互作团队揭示生物炭阻控微塑料介导土壤抗生素耐药基因传播的作用机制
发布者：管理员发布时间：2026-07-28作者：张倩茹来源：土壤植物互作团队点击量：
近日，中国农业科学院农业资源与农业区划研究所土壤植物互作团队聚焦生物炭阻控微塑料介导土壤抗生素耐药基因传播的作用机制，系统构建了“微塑料—生物炭—抗生素耐药基因”三元界面作用机理与数据驱动预测框架。相关成果以“Biochar as a strategy to intercept microplastic-mediated ARGs spread in soil: Mechanisms, predictive insights, and research framework”为题，发表于环境科学工程领域权威期刊《危险材料杂志（Journal of Hazardous Materials）》上。
抗生素抗性基因（ARGs）是潜伏在土壤中的长期生态隐患。当微塑料进入土壤，它们并非毫无生气的惰性颗粒，而是化身成为吸附抗生素、重金属和病原微生物的“温床”，为微生物定殖和生物膜形成提供了专属的“塑料际”微环境。高密度的微生物聚集、污染物的选择压力以及频繁的细胞接触，共同催生了抗性基因的富集、水平转移和远距离传播。这些附着在微塑料上的耐药菌或细胞外DNA，甚至可能沿“土壤—植物—食物链”途径扩散，对生态系统和公共健康构成严重威胁。
生物炭作为一种极具潜力的生态修复技术，在土壤新污染物治理领域展现出广阔的应用前景。本综述从物理化学、遗传及生态三个维度，系统阐释了生物炭的阻控机制。在物理化学层面，生物炭能与微塑料发生异质聚集及表面包覆，有效削弱其作为污染物载体与微生物定殖热点的功能；同时，通过孔隙填充、静电吸引及氢键作用，实现对游离抗生素与细胞外DNA的高效吸附。在遗传层面，生物炭可显著降低整合子、转座子等移动遗传元件（MGEs）的丰度，进而抑制细胞接合、自然转化及噬菌体转导等水平基因转移过程。在生态层面，生物炭通过调控土壤pH、溶解性有机碳及养分有效性，重塑微生物群落结构，削弱高风险抗性基因宿主的生态竞争优势。此外，研究强调，生物炭的最终修复效能受原料来源、热解温度、微塑料老化程度及土壤本底条件等多重因素制约，其抑制作用具有显著的环境依赖性，并非所有生物炭均能稳定发挥预期效果。
此外，研究团队结合文献计量与随机森林分析进行了综合评估。CiteSpace分析表明，2018—2025年间，尽管生物炭或微塑料单独与抗性基因的研究已具规模，但涉及“生物炭—微塑料—抗性基因”三元互作的土壤研究仍相对匮乏。通过对12项研究的168组数据进行随机森林建模，研究识别出疣微菌门（Verrucomicrobia）是tetA和macB抗性基因的关键预测因子，拟杆菌门（Bacteroidota）则对TxR指标具有显著预测贡献。这一结果揭示了特定菌门与抗性基因的关联，为筛选微生物指示类群和优化生物炭修复策略提供了定量支持。
在此基础上还提出了面向治理的优先研究路线：一是区分接合、转化和转导在水平基因转移中的相对贡献；二是建立生物炭“原料—热解—效应”的关联机制；三是解析微塑料特性（类型、形态、老化）对“塑料际”抗性组的影响，并在多尺度（土柱、径流、田间）验证生物炭的阻控效果。同时，倡导建立标准化数据报告、开放数据库和外部验证模型，推动研究由描述性分析向可预测的风险管控转变，为新污染物协同治理和农田土壤安全提供理论依据。
图1 生物炭调控微塑料共污染土壤中抗性基因传播的机制框架
中国农业科学院农业资源与农业区划研究所毕业生赵淑雯博士为论文的第一作者，张倩茹研究员为论文唯一通讯作者。研究得到了北方干旱半干旱耕地高效利用全国重点实验室、京津冀国家科技重大专项、国家现代农业产业技术体系专项基金等项目的共同资助。
【引文方式】： Zhao S, Zhang Q, Huang Q, et al. Biochar as a strategy to intercept microplastic-mediated ARGs spread in soil: Mechanisms, predictive insights, and research framework[J]. Journal of Hazardous Materials, 2026，515：143049.
【原文链接】：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2026.143049
