综述：海洋环境中塑料微生物降解的研究与方法评估：证据基础与建议

这篇综述系统评估了海洋微生物降解塑料的研究现状，通过对46项研究的批判性分析，揭示了LDPE（低密度聚乙烯）、PHAs（聚羟基脂肪酸酯）等塑料的降解证据，指出方法标准化缺失和长期原位研究不足等关键问题，为未来研究提供了18种检测方法和环境相关性实验设计的优化方向。

　　

海洋塑料降解的微生物力量

当塑料进入海洋环境后，会迅速被微生物定殖。随着海洋塑料污染的加剧，研究这些微生物降解塑料的潜力变得尤为重要。然而，部分研究的有效性和可重复性受到质疑。本文通过系统综述，评估了海洋环境中塑料微生物降解的研究方法和证据强度，为未来研究提供方向。

塑料类型与降解机制

研究发现，海洋微生物能够降解多种塑料聚合物，包括传统的化石燃料基塑料和生物基塑料。其中，低密度聚乙烯（LDPE）是研究最多的塑料类型，占所有研究的46%。聚羟基脂肪酸酯（PHAs）作为生物基塑料的代表，也显示出较高的降解潜力。

塑料降解通常分为物理或化学变化，生物降解则指生物体对塑料的同化和矿化。对于可水解塑料（如聚酯），降解始于酶促水解，随后矿化；而对于顽固的烯烃（如聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯），则需要先经过氧化（主要是通过光和热氧化），随后发生链断裂和矿化。

研究方法大观

研究使用了多种方法来评估塑料降解，可分为三类：

1. 1.

   物理/视觉变化：包括重量损失、扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）。SEM是最常用的方法，39项研究通过SEM观察塑料表面形态变化，如裂纹和孔洞的形成。

2. 2.

   化学变化：傅里叶变换红外光谱（FT-IR）被广泛应用，通过检测塑料表面化学键的变化来评估降解程度。其他方法还包括拉曼光谱、核磁共振（NMR）和X射线衍射（XRD）。

3. 3.

   产物分析：通过监测CO₂生成、降解产物和生物需氧量（BOD）来评估降解过程。例如，高效液相色谱-质谱（HPLC-MS）用于鉴定PET降解产物如对苯二甲酸（TPA）和单(2-羟乙基)对苯二甲酸（MHET）。

关键微生物玩家

在66种被鉴定的塑料降解微生物中，细菌属Bacillus、Halomonas和Vibrio最为常见。Bacillus尤其突出，被报道能降解LDPE、HDPE、PP、PS、PU、PBAT和PHAs等多种塑料。值得注意的是，真菌如Zalerion maritimum也显示出降解潜力，但相关研究较少。

研究挑战与未来方向

尽管已有证据表明微生物能降解多种塑料，但研究仍存在显著缺陷：

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  实验设计问题：大多数研究在实验室进行，缺乏原位长期实验。塑料预处理（如紫外线老化）的研究不足，仅有8项研究考虑了塑料的自然风化。

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  方法局限性：重量损失法可能高估降解率，因其无法区分生物降解和物理破碎。FT-IR结果易受生物膜残留干扰，需结合其他方法验证。

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  证据强度不足：仅少数研究使用同位素标记（如¹³C）直接追踪塑料碳流向微生物生物量，这是确认降解的金标准。

未来研究应聚焦环境相关性材料，统一方法报告标准，并整合多组学技术揭示降解分子机制。通过标准化方法和创新技术，或将破解海洋微生物降解塑料的密码，为治理塑料污染提供生物解决方案。