南非垃圾填埋场土壤中新型聚乙烯降解真菌的发现：Arthrographis kalrae、Lecanicillium coprophilum和Didymosphaeria variabile的生物修复潜力

本研究针对南非塑料污染治理难题，从当地垃圾填埋场土壤中筛选出18株真菌，首次报道了Arthrographis kalrae SP5INT、Lecanicillium coprophilum SP7MK和Didymosphaeria variabile SP11INT三种新型聚乙烯(PE)降解真菌。通过45天培养实验结合FTIR和SEM分析，发现Penicillium chrysogenum SP17MK和Engyodontium album SP3MK降解率最高(>20%重量损失)，证实了真菌通过氧化作用(C=O基团形成)和表面侵蚀破坏PE结构。该研究为开发非洲本土化塑料生物降解技术提供了关键菌种资源。

　　

塑料污染已成为全球性环境危机，每年约1.9亿吨塑料制品被生产，其中聚乙烯(PE)因其稳定的碳碳键结构可在环境中持续数百年。南非作为非洲第三大塑料污染国，仅11%的垃圾被规范收集，大量塑料在填埋场积累并破碎为微塑料，威胁土壤生态和人类健康。传统物理化学处理方法可能产生二次污染，而微生物降解因其环境友好性成为研究热点，但非洲本土高效降解菌种资源尚未充分挖掘。

南非自由州大学(University of the Free State)的研究人员从Maluti-A-Phofung地区垃圾填埋场采集土壤样本，通过塑料富集培养技术分离出18株真菌。研究发现其中5株能有效降解PE，包括首次报道的Arthrographis kalrae、Lecanicillium coprophilum和Didymosphaeria variabile。论文发表在《Biodegradation》期刊，揭示了真菌通过氧化作用破坏PE分子结构的生物降解机制。

研究采用四项关键技术：1)塑料富集培养法从填埋场土壤筛选真菌；2)45天固体/液体培养体系评估降解效率；3)傅里叶变换红外光谱(FTIR)检测PE化学结构变化；4)扫描电镜(SEM)观察表面形貌改变。实验选用原生和再生LDPE塑料带，通过重量损失、pH变化和功能基团指数定量降解效果。

研究结果

新型降解菌的发现与鉴定

通过ITS基因测序鉴定的Arthrographis kalrae SP5INT和Didymosphaeria variabile SP11INT在固体培养基中对再生LDPE降解率达11%，SEM显示其能形成密集菌丝网络覆盖塑料表面。

降解效率差异

Penicillium chrysogenum SP17MK在固体培养基中对原生LDPE降解率最高(24%)，Engyodontium album SP3MK对再生LDPE降解率达26%。液体培养降解率普遍低于5%，证实固体培养更利于真菌-塑料接触。

化学结构改变

FTIR分析显示SP5INT处理的PE在3280 cm^-1出现羟基(-OH)特征峰，2916 cm^-1处亚甲基(-CH)峰强度降低，证实氧化降解。 carbonyl指数从1.19降至0.87，表明真菌同化羰基化合物。

表面形貌变化

SEM图像显示SP17MK处理的PE表面出现明显裂纹和孔洞，菌丝紧密附着。非原生LDPE因回收过程结构破坏更易被侵蚀。

讨论与意义

该研究首次系统报道了南非垃圾填埋场真菌的PE降解能力，拓展了已知塑料降解微生物多样性。特别值得注意的是，Lecanicillium coprophilum SP7MK作为传统昆虫病原菌，展现出11%的PE降解率，其分泌的几丁质酶可能对聚合物水解具有交叉活性。再生塑料更高的降解敏感性提示回收过程可能通过链断裂增加材料生物可利用性。

研究局限性在于45天的短期实验可能低估了环境中的长期降解潜力，且未解析具体酶系作用机制。未来研究应聚焦关键降解酶(如漆酶、过氧化物酶)的分离纯化，并开展中试规模验证。这些发现为开发基于本土微生物的塑料废物处理技术奠定基础，对解决非洲塑料污染问题具有重要实践价值。