盐碱沙土源Bacillus subtilis与Halomonas meridiana介导PVC微塑料生物降解机制及其农业应用潜力

本研究针对微塑料污染这一全球性环境问题，聚焦于中东地区盐碱化土壤中具有塑料降解潜力的本土微生物资源。研究人员从阿联酋盐渍沙土中分离鉴定出Bacillus subtilis和Halomonas meridiana两种菌株，通过多维度实验验证其对聚氯乙烯（PVC）微塑料的生物降解能力。结果表明，这两种菌株可通过生物膜形成、酶活性作用（如脱卤酶）及氧化降解等机制有效降解PVC，其中B. subtilis降解效率最高可达16.95±3.37%，并伴随C-Cl键断裂、O/C比升高（0.600）等显著化学结构变化。该研究为开发基于微生物技术的微塑料污染治理策略提供了重要理论依据和实践途径，尤其对干旱盐碱地区农业生态系统的可持续发展具有重大意义。

　　

在当今塑料污染日益严重的全球背景下，微塑料作为一类尺寸小于5毫米的塑料颗粒，已成为威胁生态系统和人类健康的重要环境污染物。这些微塑料不仅来源于塑料制品的缓慢降解，还通过农业设备、温室材料、土壤改良剂等多种途径进入环境，并能够通过植物根系吸收进入食物链，最终在人体内积累，带来潜在毒理学风险。尤其在中东地区，如阿联酋的盐碱沙土环境，微塑料污染问题尚未得到充分研究，而该地区独特的微生物资源可能为解决这一问题提供新思路。

目前，针对微塑料的治理方法包括机械过滤、化学处理和法规管控等，但这些方法存在明显局限性：机械过滤难以捕获5微米以下的微塑料；化学处理可能对环境造成二次污染；且许多技术成本高昂，难以大规模应用。因此，寻找一种经济、环保且高效的微塑料治理方法迫在眉睫。生物降解，特别是利用本地微生物资源进行微塑料降解，被认为是一种具有潜力的可持续解决方案。

在此背景下，研究人员聚焦于阿联酋扎克尔湖（Zakher Lake）盐碱沙土中的微生物资源，开展了关于Bacillus subtilis和Halomonas meridiana对聚氯乙烯（PVC）微塑料降解能力的研究。这项研究近期发表在《International Biodeterioration》期刊上，为盐碱环境中的微塑料污染治理提供了重要的科学依据。

研究人员采用了几种关键的技术方法来开展本研究。首先，通过基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（MALDI-TOF-MS）对从盐碱土壤中分离的细菌菌株进行鉴定，确保了菌株身份的准确性。其次，利用扫描电子显微镜与能量色散X射线光谱（SEM-EDS）和傅里叶变换红外光谱（FTIR-S）对PVC微塑料的表面形态和化学结构变化进行了详细表征。此外，还通过酶活性测定、生物膜量化（结晶紫染色法）和脱卤酶活性检测等方法，评估了细菌的降解机制和效率。实验设计中还包括了固体和液体培养基中的降解效率评估，以及微生物菌落计数（CFU）等微生物学常规技术。

研究结果部分显示，这两种细菌菌株在PVC降解方面表现出显著能力。

降解效率方面，经过60天的细菌处理，Bacillus subtilis在固体培养基中表现出最高的降解效率（16.95±3.37%），显著高于Halomonas meridiana。平均聚合物重量损失约为10%，表明这两种菌株均能有效降解PVC微塑料。

细菌酶活性结果显示，Halomonas meridiana的酶活性最高，但其与Bacillus subtilis之间的差异不显著。酶活性通过氯离子释放量来量化，证实了这两种菌株在PVC降解过程中的酶促作用。

生物膜形成方面，通过光学密度测量和结晶紫染色法，发现这两种细菌均能形成高密度生物膜（OD值≥0.3-0.5），这对于细菌在塑料表面的附着和持续降解至关重要。

微生物菌落计数（CFU）结果进一步证实了细菌的增殖能力，Bacillus subtilis的CFU计数最高（8.4±0.1 log₁₀ CFU/mL），支持其在降解过程中的优势表现。

脱卤酶活性通过氯离子释放量来评估，Bacillus subtilis表现出最高的脱卤酶活性（82.3±3.4 μg/mL），表明其能有效断裂PVC中的碳-氯键，这是PVC降解的关键步骤。

SEM-EDS分析揭示了PVC表面的显著变化，包括表面粗糙化、裂纹和侵蚀现象。元素组成分析显示，经过细菌处理后，PVC表面的碳含量降低，氧含量增加，O/C比升高（Bacillus subtilis处理组达到0.600），表明氧化降解的发生。此外，氯含量的减少进一步证实了脱氯过程。

FTIR-S分析结果提供了化学结构变化的直接证据。在细菌处理后，PVC的C-Cl键拉伸峰（595-696 cm^-1）完全消失或减弱，同时出现了新的C=C键（1630 cm^-1）和-OH基团（2933-3000 cm^-1），表明脱氯化氢反应和氧化降解的发生。

讨论部分指出，Bacillus subtilis和Halomonas meridiana通过生物膜形成、酶促反应（如脱卤酶和氧化酶）以及氧化降解等机制，有效降解PVC微塑料。其中，Bacillus subtilis由于其丰富的酶系、快速生长能力和潜在生物表面活性剂 production，表现出更高的降解效率。这两种菌株的盐碱耐受性使其特别适合用于干旱盐碱地区的微塑料污染治理。

该研究的重要意义在于：首先，它证实了盐碱环境中的本土微生物资源在微塑料降解方面的潜力，为开发基于微生物的生物修复技术提供了新方向。其次，研究结果支持了将这些菌株开发成生物肥料或生物修复剂的可能性，可直接应用于农业土壤中，减少微塑料污染并提高作物产量。最后，这项研究 aligns with several United Nations Sustainable Development Goals (SDGs), including SDG 12 (Responsible Consumption and Production), SDG 13 (Climate Action), and SDG 14 (Life Below Water)，强调了其在全球可持续发展中的贡献。

总之，这项研究不仅深化了我们对微生物降解塑料机制的理解，还为解决盐碱地区微塑料污染问题提供了实践方案，具有重要的科学价值和应用前景。未来的研究可以进一步优化菌株的降解性能，探索微生物联合降解策略，并推动其在实地环境中的应用。