综述：微塑料污染的微生物修复：机制、分析方法、创新与组学技术的系统综述

这篇综述系统探讨了微生物（细菌、真菌、藻类）通过酶促降解（如PETase、AlkB）、生物膜形成和代谢通路（β-氧化等）降解微塑料（MPs）的机制，重点分析了聚合物结晶度、分子量等关键影响因素，并评述了FTIR、SEM等分析技术及基因组学（omics）在优化生物修复策略中的应用，为可持续治理MPs污染提供了前沿视角。

　　

微塑料污染的微生物修复：机制与创新

摘要
微塑料（MPs）作为粒径小于5 mm的环境污染物，已对生态系统和人类健康构成严重威胁。与传统物理化学方法相比，微生物修复利用细菌、真菌和藻类的酶活性（如酯酶、加氧酶）和代谢能力，将MPs转化为低毒副产物，展现出可持续治理潜力。

1. 引言
MPs广泛分布于陆地和水生环境，其持久性和毒性物质吸附特性引发全球关注。微生物修复通过生物降解（如聚乙烯降解菌Pseudomonas putida
）和生物强化（bioaugmentation）技术，成为替代焚烧和填埋的绿色方案。

2. 方法论
通过PubMed等数据库检索关键词（如"microbial bioremediation"），筛选研究微生物降解PE、PP、PS等聚合物的文献，并采用FTIR、SEM等方法验证降解效果。

3. 生物修复策略
微生物通过三步机制降解MPs：

• 定殖与生物膜形成：如Alcanivorax borkumensis
  在LDPE表面形成生物膜；
• 酶促断裂：细菌分泌AlkB氧化PE链，真菌（如Aspergillus terreus
  ）通过漆酶（laccase）降解PP；
• 代谢同化：藻类Chlamydomonas reinhardtii
  表达PETase将PET分解为对苯二甲酸（TPA）。

4. 分析技术

• 表面形貌分析：SEM显示Bacillus cereus
  使LDPE表面产生凹坑；
• 化学表征：FTIR检测到PS降解后羰基（C=O）峰增强；
• 代谢追踪：¹³
  C标记证实Ideonella sakaiensis
  将PET碳源转化为生物量。

5. 影响因素

• 聚合物特性：无定形区比结晶区更易降解；
• 环境条件：pH 5-8时细菌活性最高，UV预处理可提升PE亲水性；
• 微生物协同：Pseudomonas
  与Actinomucor
  共培养使PLA降解率提升至18.95%。

6. 创新技术

• 基因工程菌：表达异源PETase的Phaeodactylum tricornutum
  在21°C降解PETG；
• 组学驱动：基因组学揭示Brevibacillus brevis
  的尼龙降解通路含酰胺酶基因簇。

7. 组学技术
多组学整合揭示了MPs降解的分子机制：

• 基因组学：鉴定Thioclava
  sp.的烃降解基因；
• 蛋白质组学：Rhodococcus ruber
  分泌的疏水蛋白增强PE表面吸附。

8. 各聚合物降解案例

• PE：Bacillus paramycoides
  使LDPE失重58.21%（Skariyachan et al., 2018）；
• PS：Stenotrophomonas maltophilia
  60天内降解43.5%（Xiang et al., 2023）；
• PVC：Citrobacter koseri
  通过脱卤酶去除氯原子（Nyamjav et al., 2023）。

9. 挑战与展望
当前限制包括降解速率慢（如PS半衰期达251天）和生态风险（降解中间体毒性）。未来需开发耐盐工程菌群，并建立MPs降解产物的毒理学评估体系。

结论
微生物修复通过其环境友好性和技术可扩展性，为MPs治理提供了闭环解决方案。跨学科合作和政策支持将是推动该技术落地的关键。