污泥微生物群落协同降解聚苯乙烯（PS）和聚丙烯（PP）的宏基因组学机制与生态修复潜力

本研究通过宏基因组学解析了活性污泥微生物群落对聚苯乙烯（PS）和聚丙烯（PP）的协同降解机制。研究发现以芽孢杆菌属（Bacillus）和无色杆菌属（Achromobacter）为核心的“启动-代谢”网络，60天内使PS和PP微塑料分别减重13.4±2.3%和23.2±2.4%。通过FTIR、GC-MS等多维分析揭示PS通过芳香化合物降解途径进入TCA循环，PP则通过“羟基化→羰基化→酯化”的氧化路径完成降解，为微塑料原位生物修复提供了理论依据和技术支撑。

　　

Highlight

Environmental Implication

本研究揭示了工业活性污泥在聚苯乙烯（PS）和聚丙烯（PP）生物修复方面的潜力。富集到的微生物群落通过芽孢杆菌属（Bacillus）和无色杆菌属（Achromobacter）的协同作用，为治理微塑料污染提供了一种环境友好型解决方案。该体系支持原位修复技术，为环境中微塑料污染的可持续治理提供了新思路。

CRediT authorship contribution statement

陈善平：调研。顾卫华：文稿审阅与编辑、项目管理、方法设计。白建峰：督导、资源协调、项目管理。周颖：原始文稿撰写、调研、数据整理。郭耀光：软件支持、方法开发。卢聪：资源提供。王瑞雪：形式化分析。张成龙：数据整理。

Declaration of Competing Interest

作者声明不存在任何已知的竞争性财务利益或个人关系，这些利益或关系可能影响本文所报告的研究结果。

Acknowledgements

本研究由地方高校能力建设计划项目（编号23010500500）、上海市科学技术委员会基金（23DZ1201503）、上海市浦东新区民生科研项目（PKJ2023-C07, PKJ2024-C02）及贵州省科技支撑计划项目（QKHZC(2024)153）资助。

Conclusion

本研究成功从长期暴露于塑料污染的工业活性污泥中富集到一个能高效降解聚苯乙烯（PS）和聚丙烯（PP）的微生物群落。该群落主要由厚壁菌门（Bacillota）和假单胞菌门（Pseudomonadota）构成，其中芽孢杆菌属（Bacillus）作为启动降解过程的核心功能菌属，而无色杆菌属（Achromobacter）则负责中间代谢活动。实验结果表明，该群落能在60天内实现对PS和PP微塑料的显著降解，且无需任何预处理。多维表征显示微塑料表面结构破坏、疏水性降低和分子量下降。降解机制分析表明，PS通过苯环羟基化和羰基化产生酚类和醛类代谢物，随后经由芳香化合物降解途径整合进入三羧酸循环（TCA）；PP则通过脂肪酸降解机制发生“羟基化→羰基化→酯化”的顺序氧化路径。宏基因组功能注释进一步证实了芽孢杆菌编码的初始水解酶与无色杆菌编码的代谢酶之间的功能互补是高效降解的分子基础。本研究为PS和PP微塑料的原位生物修复提供了理论支持，并增进了我们对微生物协同降解机制的理解。