三种芽孢杆菌对聚丙烯塑料的生物降解能力评估及其环境应用潜力

本研究针对全球塑料污染难题，创新性地利用标准菌株Bacillus subtilis ATCC6051、Bacillus cereus ATCC11778和Staphylococcus aureus ATCC25923降解聚丙烯(PP)。通过20天发酵实验结合SEM分析，发现三株菌分别实现31%、26.7%和19.4%的PP降解率，证实其通过分泌胞外酶破坏聚合物结构的能力。该研究为开发高效塑料生物降解技术提供了重要菌种资源。

　　

随着全球每年3.2亿吨塑料的疯狂消耗，聚丙烯(PP)作为第二大合成塑料，因其高分子量和抗降解特性成为环境治理的顽固难题。传统填埋和焚烧处理不仅占用土地资源，还会释放有毒气体，而自然界中PP降解需要长达数百年的时间。更令人担忧的是，这些"白色污染"通过食物链进入人体，已构成重大健康威胁。面对这一环境危机，伊朗Shahrekord医科大学的Sepideh Tousizadeh团队独辟蹊径，将目光投向自然界中的"塑料吞噬者"——细菌。

研究人员精选了三株具有生物降解潜力的标准菌株：枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis ATCC6051)、蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus ATCC11778)和金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus ATCC25923)。这些菌株来自伊朗国家生物资源中心，在严格控制的30°C、150rpm条件下，研究人员设计了包含KH₂PO₄、MgSO₄·7H₂O等成分的矿物培养基，通过平板扩散法和重量损失测定系统评估了菌株的PP降解效率。扫描电镜(SEM)技术则直观捕捉了塑料表面的微观结构变化。

生长曲线分析显示，所有菌株在接种后8小时进入对数生长期，16-18小时达到峰值活性。在塑料降解实验中，Bacillus subtilis表现最为突出，其菌落周围形成的明显透明圈证实了强大的塑料分解能力。定量数据显示，经过20天发酵，三株菌分别实现了31%、26.7%和19.4%的PP降解率，显著高于对照组的自然降解水平。

SEM图像揭示了惊人的微观变化：未经处理的对照组PP表面光滑完整，而经菌株处理的样品则出现明显腐蚀特征。Bacillus subtilis处理的样品表面布满蜂窝状孔洞，Bacillus cereus导致表面不规则变形，Staphylococcus aureus则产生线性裂纹。更引人注目的是，电镜下清晰可见细菌紧密附着在塑料表面，分泌的胞外聚合物(EPS)形成生物膜，为酶解反应提供了理想微环境。

与既往研究相比，本研究的降解效率具有明显优势。例如，Auta等报道的海洋菌株对PP降解率仅为4-6.4%，而本研究菌株在更短时间内取得了显著更高的降解率。这种差异可能源于标准菌株稳定的基因组和优化的培养条件。值得注意的是，即使在缺乏其他碳源的苛刻环境中，这些菌株仍能利用PP作为唯一碳源生长，这为其在真实环境中的应用提供了可能。

该研究的突破性发现为塑料污染治理提供了新思路。三种标准菌株展现的高效降解能力，特别是Bacillus subtilis ATCC6051高达31%的降解率，标志着生物降解技术的重大进步。未来研究可进一步解析其分泌的关键降解酶类，通过基因工程手段增强酶活性，或构建多菌种协同降解系统。这项发表于《Results in Chemistry》的成果，不仅为环境微生物资源库增添了重要成员，更为发展绿色塑料处理技术奠定了科学基础，对实现可持续发展目标具有重要实践意义。