6月2日,中国科学院东北地理与农业生态研究所于洪文研究团队在《环境化学工程杂志》发表研究论文,首次报道从大庆油田土壤中分离出能高效降解低密度聚乙烯(PE)的类节杆菌属新菌株Paenarthrobacter sp. PE0901,并揭示其降解机制。这一发现为解决全球PE污染问题提供了重要的微生物资源和技术路径。
全球PE污染严峻,生物修复成破局关键
聚乙烯作为产量占全球29.7%的通用塑料,因其结构稳定导致环境中累计量巨大。数据显示,PE废弃物在自然环境中可留存数百年,不仅造成海洋生物误食、土壤生态破坏等问题,近期更有研究证实其微塑料可渗入人体组织,引发健康风险。传统处理技术如填埋、焚烧等面临二次污染和成本压力,而微生物生物修复因可持续性强、环境友好等特点,成为国际研究热点。
然而,PE的高疏水性、无水解官能团等特性使其难以被微生物降解,全球已报道的高效降解菌株寥寥无几。此前研究多集中于海洋或垃圾填埋场环境,对油田等特殊生境的探索不足。
油田土壤筛选出“塑料分解者”,降解效率达16.2%
研究团队从大庆油田0-10cm表土中,通过覆盖PE膜的选择性培养基富集,成功分离出Paenarthrobacter sp. PE0901菌株。实验显示,该菌株能以PE为唯一碳源生长:在PE膜存在下,菌株数量30天内从1×10⁵ CFU/mL增至7.55×10⁷ CFU/mL,增幅达755倍;对PE微塑料的适应性也提升70倍。
定量分析表明,该菌株对PE膜和微塑料的降解效率分别为16.2%和7.6%。扫描电镜观察发现,PE膜表面出现明显孔洞和沟槽,傅里叶红外光谱显示其化学结构中的C-H键发生断裂,热重分析进一步证实聚合物热稳定性下降,均表明菌株通过氧化机制破坏了PE的结构完整性。
漆酶介导氧化机制,破解PE降解难题
研究发现,PE0901菌株能分泌漆酶并产生活性氧(ROS),当培养基中添加PE时,漆酶活性显著升高(P<0.001),这一发现揭示了漆酶介导的氧化作用是PE降解的关键步骤。该机制成功克服了PE疏水性导致的微生物附着障碍,为解析PE生物降解路径提供了新视角。
与此前报道的假单胞菌(120天降解20%)和芽孢杆菌(42天降解17.36%)相比,PE0901在中温条件下(25-30℃)30天即实现16.2%的降解效率,显示出更优的实际应用潜力。
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