烃类共基质强化Winogradsky柱中微生物群落构建以加速盐渍环境下低密度聚乙烯降解的研究

本研究针对低密度聚乙烯(LDPE)在盐渍环境中难降解的问题，通过Winogradsky柱模拟生态系统，利用柴油等烃类共基质富集微生物群落。实验证实柴油辅助系统使LDPE失重率提升至12.15±2.35%，结晶度降低4.05%，表面亲水性显著增强。该策略为海洋塑料污染治理提供了低成本、低环境风险的生物修复新思路。

　　

塑料污染已成为全球性环境危机，其中低密度聚乙烯(LDPE)因其分子量高、结晶性强、缺乏活性官能团等特性，在自然环境中降解极其缓慢。尤其在盐度高达3.5%的海洋环境中，传统降解方式效率低下。据统计，LDPE在海洋中的半衰期可达数百年，其积累不仅破坏海洋生态平衡，还会通过吸附重金属和持久性有机污染物威胁生物链安全。

针对这一难题，印度理工学院焦特布尔分校的研究团队创新性地将环境微生物学经典装置Winogradsky柱应用于塑料降解研究。该团队假设：LDPE与长链烷烃结构相似，可能共享降解途径；而长期暴露于塑料废弃物的垃圾填埋场土壤中，可能蕴藏着具备降解潜力的特殊微生物群落。通过180天的实验，研究人员证实柴油作为共基质可使LDPE失重率提升50倍，相关成果发表于《Journal of Hazardous Materials》。

研究采用三大关键技术：1) 从印度焦特布尔垃圾填埋场(26°16'56.226"N)采集长期接触塑料的土壤构建Winogradsky柱；2) 通过FT-IR、接触角测量仪和X射线衍射等多维度表征材料性质变化；3) 采用GC-MS分析降解代谢产物，结合酶活检测(包括alkane monooxygenase和laccases等)解析降解机制。

【土壤收集和表征】
选择印度焦特布尔两处垃圾填埋场10-30cm深度的土壤，其长期接触塑料废弃物的特性为筛选LDPE降解菌群提供了可能。土壤在含3.5% NaCl的Winogradsky柱中与LDPE及柴油/十四烷共培养，模拟海洋盐度环境。

【降解动力学】
柴油辅助系统展现显著优势：
• 失重率：柴油组达12.15±2.35%，远超对照组0.24±0.18%
• 表面特性：水接触角从67.81±5.06°降至48.01±3.46°，证实疏水性降低
• 结晶度：XRD显示结晶度从30.98±0.46%降至26.93±3.39%

【代谢机制】
GC-MS检测到醇、酮、酸和酯类氧化产物，揭示降解途径：

1. 烷烃单加氧酶引发LDPE链氧化
2. 锰过氧化物酶(MnP)削弱聚合物结构
3. 水解酶(hydrolases)进一步分解氧化产物

【环境意义】
该研究首次证实Winogradsky柱可作为低成本、低能耗的塑料降解研究平台。柴油的添加显著提升了盐渍环境下LDPE降解效率，这为开发基于微生物群落的海洋塑料生物修复技术提供了理论支撑。特别值得注意的是，研究采用的土壤有机质含量低(模拟贫营养海洋环境)，证明该方法在真实环境中的适用性。

未来研究可聚焦于：1) 分离鉴定关键功能菌株；2) 优化共基质配比以平衡降解效率与二次污染风险；3) 开发基于该原理的工程化修复系统。这项研究为破解"白色污染"困局开辟了新的生物技术路径，尤其对受塑料威胁严重的沿海和海洋生态系统具有重要应用价值。