《International Biodeterioration & Biodegradation》：Degradation of polystyrene microplastics mediated by intestinal microorganisms of earthworms and exploration of functional strain resources
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地球worm肠道微生物通过SEM、GC-MS和微生物多样性分析被证实可系统性降解PS-MPs，28天降解率达56.67%，鉴定出Bacillus cereus等高效降解菌株。
张丽萍|李美彤|邱少林|费雪宁|曹凌云|谢玉红|金晓琴
天津工业大学环境科学与安全工程学院，中国天津，300384
摘要
聚苯乙烯（PS）是最广泛使用的合成聚合物之一，由于其高化学稳定性和固有的抗降解性，在陆地生态系统中持续存在。然而，其降解的生物机制仍不清楚。本研究探讨了由两种蚯蚓物种Eisenia fetida和Perionyx guillelmi的肠道微生物介导的PS微塑料（PS-MPs）的降解过程。采用扫描电子显微镜（SEM）、气相色谱-质谱（GC-MS）和微生物多样性分析相结合的综合方法，来表征变化、识别降解中间体并评估肠道微生物动态。土壤中的PS-MPs含量逐渐减少，第7天的降解效率为2.33%，第28天为56.67%。三种细菌菌株Bacillus cereus、Klebsiella variicola和Citrobacter portucalensis的降解效率分别为2.33%、2.48%和2.60%。总体而言，我们的发现提供了有力证据，表明蚯蚓肠道微生物群积极促进了PS-MPs的生物降解。这些结果阐明了微生物生物降解途径，并突显了蚯蚓微生物作为可持续塑料生物修复的有希望的生物催化剂。
引言
聚苯乙烯（PS）是最广泛使用的合成聚合物之一。其线性碳骨架与苯基团交替连接，赋予了其卓越的结构稳定性，使其在自然环境中极难完全降解（Ho等人，2018；Purohit等人，2020）。PS的降解会释放有害单体和功能性添加剂，包括抗氧化剂、紫外线稳定剂、润滑剂、阻燃剂和其他稳定剂（Smith和Taylor，2002；Koelmans等人，2014）。一旦释放到环境中，塑料会逐渐分解成微塑料（MPs）和纳米塑料（NPs）（De Souza Machado等人，2018；Frias和Nash，2019）。由于体积微小、疏水性强以及对有机污染物的强烈亲和力，MPs已成为环境污染的关键载体（Imran等人，2019；Tang等人，2020）。随着土壤掩埋和直接排放量的增加，土壤中MPs的数量激增，成为陆地污染的主要来源。这一趋势对生态系统完整性和人类健康构成了严重威胁（Thompson等人，2009）。
蚯蚓对土壤污染物具有高度敏感性，被广泛认为是评估土壤污染的可靠生物指示剂（Carpena-Istan等人，2024；Chen等人，2024；Gong等人，2025）。研究表明，除了拥有强大的免疫系统外，蚯蚓还能在其肠道内分解和降解摄入的MPs，消化过程进一步将其转化为NPs（Kwak和An，2021；Meng等人，2023）。此外，蚯蚓还有助于改善土壤的物理化学性质，促进养分循环，并加速有机物的分解（Schon和Dominati，2020；Xu等人，2023）。此外，已有研究表明蚯蚓肠道微生物群可以降解来自常用聚合物的塑料薄膜（Munhoz等人，2024）。然而，关于蚯蚓肠道微生物群在聚苯乙烯微塑料（PS-MPs）降解中的作用和机制途径的研究仍然有限，这凸显了进行系统研究的迫切需求。
本研究引入了一个综合的多组学框架，系统地揭示了可能有助于PS降解的蚯蚓肠道微生物资源。使用扫描电子显微镜（SEM）观察了PS的形态变化，而气相色谱-质谱（GC-MS）则能够精确识别培养系统中的降解产物。通过整合这些互补的方法，我们从蚯蚓肠道中分离出具有聚苯乙烯降解活性的功能性细菌菌株，并进一步评估了它们的降解效率和潜在的代谢途径。本研究旨在揭示蚯蚓肠道微生物群介导的PS降解机制，并分离出新的降解菌株，为基于蚯蚓肠道微生物群的生物修复系统开发提供新的视角。
材料
PS以两种形式使用：PS微塑料（研磨后<100 μm；上海阿拉丁生化技术有限公司；图1a）和片材（4 × 2 × 0.2 cm；深圳鸿军源绝缘塑料制品有限公司；图1b）。使用前，将两种形式浸泡在75%乙醇中4小时，用超纯水冲洗三次，干燥后暴露在紫外（UV）光下3小时。
蚯蚓Eisenia fetida和Perionyx guillelmi购自Jurong市的一个蚯蚓养殖场。
土壤中PS微塑料的浓度
在实验过程中，分别在暴露后的第7天、第14天、第21天和第28天从土壤中提取PS微塑料，并进行精确称重，如图2所示。统计分析显示，土壤中PS微塑料的含量逐渐下降。实验组的降解效率分别为第7天2.33%，第14天11.67%，第21天36.67%，第28天56.67%。这一结果可能是由于蚯蚓持续摄入PS微塑料所致。
结论
本研究表明，暴露于PS微塑料会破坏蚯蚓的肠道稳态并引起肠道微生物群的失衡。适应后，蚯蚓存活下来，同时肠道微生物群发生了生态重组。这种微生物变化促进了其对高浓度PS微塑料环境的适应，并促进了PS的生物降解。菌株XQE7-3、XQE5-2和XQE5-4的降解效率分别为
作者贡献声明
张丽萍：撰写——初稿。李美彤：资金获取、正式分析、数据管理。邱少林：数据管理、概念构思。费雪宁：项目管理、概念构思。曹凌云：验证、方法学。谢玉红：撰写——初稿、可视化、正式分析。金晓琴：资源提供。
伦理批准
本文不包含任何作者进行的涉及人类参与者或动物的研究。
资助
本研究得到了天津市科技计划（22YDTPJC00760）、天津市重点研发计划-社会发展和农业项目（21YFSNSN00190）和天开高等教育科技创新园研发计划（23YFZXYC00019）的支持。致谢
本研究得到了天津市科技计划（22YDTPJC00760）、天津市重点研发计划-社会发展和农业项目（21YFSNSN00190）和天开高等教育科技创新园研发计划（23YFZXYC00019）的支持。
