综述：真菌塑料生物降解的生态与基因组学视角：研究进展、机遇与挑战

这篇综述系统阐述了真菌在塑料生物降解中的关键作用，聚焦其生态适应性、酶系统（如漆酶Lac、过氧化物酶LiP/MnP、角质酶CutL1）及基因组调控机制（如转录因子CreA/Rgt1），揭示了从菌株筛选到工程化应用（如CRISPR-Cas9改造）的转化潜力，为应对全球塑料污染（PE/PET/PVC等）提供了可持续解决方案。

　　

真菌塑料生物降解的生态与基因组学视角

研究背景

全球塑料年产量已从2000年的2.34亿吨激增至2024年的4.16亿吨，其中聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）和聚氯乙烯（PVC）等合成聚合物因抗降解特性在环境中持续积累。传统处理方式（填埋、焚烧）存在二次污染风险，而真菌凭借其独特的酶系统和生态适应性，成为塑料生物降解的研究热点。

研究进展

2014-2024年间，真菌降解塑料的研究论文达284篇，涉及Ascomycota
和Basidiomycota
的多个属种。例如，Aspergillus terreus
通过角质酶和酯酶使PE重量减少58.5%，而白腐真菌Phanerochaete chrysosporium
利用锰过氧化物酶（MnP）在15天内降解70%的PE。数据库PMBD和PAZy收录了949种微生物-塑料关联数据和3000种PET降解酶同源基因。

降解机制

真菌通过三阶段实现塑料矿化：

1. 表面氧化：漆酶（Lac）和过氧化物酶（LiP/MnP）引入羟基（-OH）和羧基（-COOH），增强聚合物亲水性；
2. 水解裂解：角质酶（CutL1）和酯酶靶向酯键，生成寡聚物；
3. 同化代谢：片段通过TCA循环转化为CO₂
   和H₂
   O。

关键酶类受转录因子调控，如碳代谢抑制因子CreA
和金属响应元件Mig1
。

验证技术

多模态分析结合光谱（FTIR检测C=O键1720 cm^-1
）、显微（SEM观察表面蚀刻）和色谱（GC-MS鉴定降解产物）技术。例如，Pleurotus ostreatus
处理LDPE后，FTIR显示羰基指数（CI）上升27%，AFM证实表面粗糙度增加。

挑战与创新

当前瓶颈包括酶动力学缓慢（如PETase周转率低）和规模化成本高。基因编辑（如hsbA
蛋白融合）和菌群工程（如真菌-细菌协同）是优化方向。Aspergillus oryzae
中异源表达CutL1
使PET降解效率提升3倍。

未来方向

发掘极端环境菌种（如深海Rhodotorula
）、开发固定化酶反应器，以及建立标准化降解评估体系（如ISO 14855）是重点。

结论

真菌降解塑料的技术路线已初步明确，但需跨学科协作推动工业化应用。整合生态基因组学与合成生物学，有望实现从实验室研究到环境修复的跨越。