垃圾填埋场微生物群落对未处理低密度聚乙烯（LDPE）的好氧与厌氧生物转化：富集机制与降解潜力

针对低密度聚乙烯（LDPE）难降解的环境难题，研究人员从50年历史的垃圾填埋场中富集未处理LDPE降解微生物群落，通过16S rRNA基因测序、宏基因组学（MAGs重建）及SEM/AFM/FTIR等多技术联用，揭示了好氧条件下60%重量损失（降解率0.00766 mg/day）及厌氧降解潜力，鉴定出假单胞菌属（Pseudomonas）、伯克霍尔德菌目（Burkholderiales）等关键降解菌群，为塑料污染治理提供微生物资源与机制新见解。

　　

论文解读

塑料污染已成为全球环境危机的标志性难题，其中低密度聚乙烯（LDPE）因其轻便耐用的特性占据全球塑料废弃物的36%，但长达数百年的自然降解周期使其在填埋场中持续累积。更严峻的是，未经处理的LDPE因高疏水性、高分子量等特性，传统微生物降解效率极低。尽管已有研究报道部分细菌能降解LDPE，但多依赖物理化学预处理，且对填埋场这一塑料主要归宿地的微生物降解机制知之甚少。在此背景下，印度塔塔咨询服务公司（TCS Research）与印度理工学院卡拉格普尔分校的研究团队聚焦古吉拉特邦皮拉纳垃圾填埋场（运营超40年），首次系统探究了未处理LDPE在好氧与厌氧条件下的微生物降解潜力，相关成果发表于《Chemosphere》。

研究采用多组学联用策略：从填埋场不同深度采集样本构建富集培养体系，通过16S rRNA基因测序（metataxonomy）追踪微生物群落演替；结合宏基因组测序（WGS）重建30个高质量宏基因组组装基因组（MAGs）；利用扫描电镜（SEM）观察生物膜形成，原子力显微镜（AFM）分析表面拓扑变化，傅里叶变换红外光谱（FTIR）检测羰基指数变化，并通过色谱技术鉴定降解产物。

研究结果

1. 微生物群落动态：富集培养显著改变了原有群落结构，塑料球（plastisphere）与周边环境（bulk）菌群差异显著。好氧条件下假单胞菌属（Pseudomonas）、链霉菌属（Streptomyces）等丰度提升，厌氧体系中甲烷八叠球菌属（Methanosarcina）等古菌参与降解。

2. 功能基因挖掘：MAGs分析揭示伯克霍尔德菌目（Burkholderiales）和衣原体目（Chlamydiales）携带烷烃氧化酶（alkane monooxygenases）、生物表面活性剂合成基因，证实其LDPE代谢潜能。

3. 降解效率量化：好氧体系实现60%重量损失，降解速率达0.00766 mg/day，半衰期90.49天；AFM显示表面粗糙度增加，FTIR检测到羰基（C=O）峰增强，表明氧化断链发生。

4. 跨条件机制差异：好氧降解依赖羟基化与β-氧化途径，而厌氧体系通过古菌产甲烷耦合烃类降解，速度较慢但持续进行。

结论与意义
该研究首次系统阐明垃圾填埋场微生物通过群落协作降解未处理LDPE的双路径机制：好氧菌群（如伯克霍尔德菌）主导快速氧化，厌氧古菌-细菌互作实现长效转化。这不仅拓展了对"塑料球"生态功能的认知，更为开发基于原位微生物的塑料废物处理技术提供了理论依据与菌种资源。未来可通过优化菌群组合或工程改造提升降解效率，推动从实验室研究迈向规模化应用。研究局限性在于未解析完全矿化路径，且实际填埋场环境复杂度可能影响转化速率，需进一步开展原位验证。