6月2日,中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所于洪文研究團隊在《環(huán)境化學(xué)工程雜志》發(fā)表研究論文,首次報道從大慶油田土壤中分離出能高效降解低密度聚乙烯(PE)的類節(jié)桿菌屬新菌株P(guān)aenarthrobacter sp. PE0901,并揭示其降解機制。這一發(fā)現(xiàn)為解決全球PE污染問題提供了重要的微生物資源和技術(shù)路徑。
全球PE污染嚴峻,生物修復(fù)成破局關(guān)鍵
聚乙烯作為產(chǎn)量占全球29.7%的通用塑料,因其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定導(dǎo)致環(huán)境中累計量巨大。數(shù)據(jù)顯示,PE廢棄物在自然環(huán)境中可留存數(shù)百年,不僅造成海洋生物誤食、土壤生態(tài)破壞等問題,近期更有研究證實其微塑料可滲入人體組織,引發(fā)健康風險。傳統(tǒng)處理技術(shù)如填埋、焚燒等面臨二次污染和成本壓力,而微生物生物修復(fù)因可持續(xù)性強、環(huán)境友好等特點,成為國際研究熱點。
然而,PE的高疏水性、無水解官能團等特性使其難以被微生物降解,全球已報道的高效降解菌株寥寥無幾。此前研究多集中于海洋或垃圾填埋場環(huán)境,對油田等特殊生境的探索不足。
油田土壤篩選出“塑料分解者”,降解效率達16.2%
研究團隊從大慶油田0-10cm表土中,通過覆蓋PE膜的選擇性培養(yǎng)基富集,成功分離出Paenarthrobacter sp. PE0901菌株。實驗顯示,該菌株能以PE為唯一碳源生長:在PE膜存在下,菌株數(shù)量30天內(nèi)從1×10? CFU/mL增至7.55×10? CFU/mL,增幅達755倍;對PE微塑料的適應(yīng)性也提升70倍。
定量分析表明,該菌株對PE膜和微塑料的降解效率分別為16.2%和7.6%。掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn),PE膜表面出現(xiàn)明顯孔洞和溝槽,傅里葉紅外光譜顯示其化學(xué)結(jié)構(gòu)中的C-H鍵發(fā)生斷裂,熱重分析進一步證實聚合物熱穩(wěn)定性下降,均表明菌株通過氧化機制破壞了PE的結(jié)構(gòu)完整性。
漆酶介導(dǎo)氧化機制,破解PE降解難題
研究發(fā)現(xiàn),PE0901菌株能分泌漆酶并產(chǎn)生活性氧(ROS),當培養(yǎng)基中添加PE時,漆酶活性顯著升高(P<0.001),這一發(fā)現(xiàn)揭示了漆酶介導(dǎo)的氧化作用是PE降解的關(guān)鍵步驟。該機制成功克服了PE疏水性導(dǎo)致的微生物附著障礙,為解析PE生物降解路徑提供了新視角。
與此前報道的假單胞菌(120天降解20%)和芽孢桿菌(42天降解17.36%)相比,PE0901在中溫條件下(25-30℃)30天即實現(xiàn)16.2%的降解效率,顯示出更優(yōu)的實際應(yīng)用潛力。
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