前言

微塑料因粒径小、难降解的特性，广泛存在于水、土壤、空气等环境介质中，并通过食物链进入生物体内引发氧化应激、免疫损伤等系列健康问题，目前生物降解作为微塑料污染治理的绿色手段备受关注，而如何提升生物降解效率是该领域的核心难题，纳米有机硒作为一种兼具营养与生物活性的物质，在抗氧化、调节酶活性及微生物代谢方面表现出独特优势^[1]。基于此，本研究提出：纳米有机硒营养元素水可通过调控关键酶活性、优化降解微生物群落结构，增强机体对微塑料的生物降解与排泄能力。

1材料与方法

1.1实验材料

微塑料：选取聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）微塑料，经破碎、筛分得到粒径为100-500 nm的颗粒。

纳米有机硒营养元素水：采用纳米硒多糖均融技术制备，硒含量为50 mg/L，粒径分布在20-50 nm之间。

实验菌株：从土壤中筛选出两株高效降解微塑料的菌株DT66和DT88。

酶学检测试剂：包括用于检测解聚酶活性的底物、酶活性测定试剂盒等。

其他：酶标仪、扫描电子显微镜（SEM）、蛋白质结构模拟软件等实验仪器。

1.2实验方法

1.2.1酶活性分析

配置含50 mM Tris-HCl缓冲液（pH 8.0）的反应体系，其中包含1 mg/mL PET微塑料或2 mM BHET作为底物，以及适量纯化的解聚酶（终浓度0.1 mg/mL）。实验组额外添加0.5μM（以硒计）的纳米有机硒营养元素水，对照组则不添加。将反应体系置于37°C、200 rpm的恒温摇床中孵育。分别于0 h、24 h、48 h取样。

解聚效率测定：采用重量法。反应结束后，通过0.22μm微孔滤膜过滤收集未降解的PET颗粒，干燥至恒重后称重，计算其质量减少百分比作为解聚效率。

产物转化率测定：采用高效液相色谱（HPLC）法。以对苯二甲酸（TPA）和单(2-羟乙基)对苯二甲酸酯（MHET）为标准品，检测反应液中TPA和MHET的生成量，计算其摩尔产率。

所有实验均独立重复3次，数据以平均值±标准差表示。采用GraphPad Prism 9.0软件，通过双尾Student's t检验进行组间差异显著性分析，*P<0.05被认为具有统计学差异，**P<0.01为极显著差异。

1.2.2微生物形态观察（SEM）

将DT66和DT88菌株接种于以PET微塑料为唯一碳源的无机盐培养基中，实验组添加0.5μM纳米有机硒营养元素水，对照组不添加。于30°C、180 rpm培养7天后，收集菌体与微塑料的混合物。样品经2.5%戊二醛溶液于4°C固定过夜，再依次用30%、50%、70%、90%、100%的乙醇梯度脱水。临界点干燥后，样品表面进行喷金处理。使用日立SU8010场发射扫描电子显微镜在不同放大倍数下（5,000x至30,000x）观察菌株形态及其对微塑料的降解作用。

1.2.3分子机制探究（分子对接与模拟）

从蛋白质数据库（PDB）中获取PET解聚酶的晶体结构（ID:5XJH）。利用PyMOL软件的Mutagenesis模块构建L209A、L216F等点突变模型。采用AutoDock Vina软件进行分子对接模拟。将纳米有机硒分子（以零价硒核与维生素C包覆层构建简化模型）和PET模型底物（BABTaB）对接到解聚酶的活性口袋中。设置网格框覆盖整个活性中心区域，运行对接计算，选取结合自由能最低的构象进行可视化分析，测量关键原子间的距离，以评估相互作用的强度。

2结果与分析

2.1纳米有机硒对微塑料解聚酶活性的影响

如表1、图1a、b所示，在纳米有机硒营养元素水的作用下，WT及突变体解聚酶的微塑料解聚效率（Depolymerization）和产物转化/产率（Ta conversion/yields）均有不同程度的提升。其中，L209A突变体的Ta conversion效率显著高于WT（*P<0.05），L209A/L216F双突变体在48 h时的解聚效率与Ta yields也表现出极显著差异（**P<0.01）。这表明纳米有机硒以水为载体可通过调控解聚酶的活性位点，增强其对微塑料的降解及产物转化能力。

表1纳米有机硒作用下不同解聚酶变体的微塑料降解效率与产物转化/产率

（%，平均值±标准差）

图1纳米有机硒对解聚酶活性的影响

注：a图为不同酶变体的解聚效率与Ta转化效率；b图为不同处理时间下的解聚效率与Ta产率；*P<0.05，**P<0.01。

从蛋白质结构层面分析（图1c-f），WT解聚酶的活性口袋（图1c）与L209A/L216F突变体（图1d）存在明显差异。分子对接结果显示，在纳米有机硒存在时解聚酶的L209、L216位点与微塑料底物BABTaB及关键残基（H215、S147、D202等）形成更稳定的相互作用（图1e、f），其中L209A突变体中A209与BABTaB的距离缩短至3.0Å，进一步促进了酶-底物复合物的形成，从而提升酶活性。

2.2纳米有机硒对微塑料降解微生物形态的影响

扫描电子显微镜观察结果（图2）显示，DT66和DT88菌株在纳米有机硒营养元素水处理后，对微塑料颗粒的降解作用明显增强。在500 nm尺度下，DT66和DT88菌株周围的微塑料颗粒明显减少，且菌株形态更为活跃（图2上排）；在1μm尺度下，可观察到微塑料颗粒被菌株分解成更小的碎片，尤其是DT88菌株表现出更强的降解能力（图2下排）。这表明纳米有机硒营养元素水可通过改善微生物的生长状态，增强其对微塑料的生物降解作用。

图2纳米有机硒对DT66和DT88菌株降解PET微塑料的SEM观察

2.3纳米有机硒促进机体微塑料生物降解与排泄的机制推论

基于上述研究，本文提出纳米有机硒通过双重路径促进机体对微塑料降解与排泄的机制模型：路径一（分子水平）：纳米有机硒通过特异性结合解聚酶活性中心关键位点（如L209、L216），稳定酶-底物复合物构象，显著提升解聚效率^[2]。此举将微塑料大分子分解为TPA、MHET等可溶性小分子，为后续生物代谢与排泄创造必要条件。路径二（微生态水平）：纳米有机硒通过增强降解微生物（DT66/DT88）代谢活性，促进菌体生长及其与微塑料的界面接触，从而加速颗粒分解。在肠道等微环境中，此作用可优化降解菌群功能减少微塑料停留与吸收促进其随粪便排出，因此纳米有机硒通过“酶促解聚”与“微生物降解”的协同作用，在机体内将微塑料转化为易处理形式并借助生物系统实现其高效清除。

3讨论

本研究首次从酶学、微生物学及分子层面系统揭示了纳米有机硒营养元素水对微塑料降解的增强作用。结果表明，其通过变构调节解聚酶活性与强化微生物界面反应，显著提升了体外体系中微塑料的降解效率,这一发现为通过营养干预策略缓解机体微塑料蓄积问题提供了新思路^[3]。

研究的核心突破在于从分子互作层面明确了纳米有机硒的作用靶点与路径，尽管基于体外模型，但所揭示的“酶-微生物”双重机制与肠道微环境高度契合为阐释膳食硒的潜在健康效益提供了新视角，后续研究需通过动物实验进一步验证该模型在完整机体中的有效性及安全性。

综上所述，本研究不仅证实了纳米有机硒在体外对PET微塑料的高效降解能力，更构建了其在机体内通过双重机制促进微塑料清除的理论模型，为开发新型微塑料健康风险防护策略奠定了重要理论基础。

参考文献

[1] 马英雪,高已雯,段玉桦,王一丹,袁林喜.纳米硒缓解纳米塑料对生菜的毒理效应[J].安全与环境工程,2025,32(1):52-61

[2] 沈川,李夏,覃剑锋.纳米硒在植物营养获取和抵抗胁迫中的应用研究进展[J].核农学报,2024,38(10):2032-2045

[3] WANG F,FENG X,LIU Y,et al.Micro(nano)plastics and terrestrial plants:Up-to-date knowledge on uptake,translocation,and phytotoxicity[J].Resources,Conservation and Recycling,2022,185:106503.