耐热芽孢杆菌PBAT4对聚己二酸-对苯二甲酸丁二酯薄膜的生物降解研究

本研究针对PBAT塑料污染问题，由中国科学院团队开展耐热芽孢杆菌降解机制探索，成功分离出高效降解菌株Bacillus sp. PBAT4，证实其在50°C条件下对PBAT薄膜具有显著降解能力，为高温堆肥场景下的生物降解塑料处理提供了创新解决方案。

　　

随着塑料污染问题日益严峻，可生物降解塑料聚己二酸-对苯二甲酸丁二酯(PBAT)作为传统塑料的替代品受到广泛关注。然而PBAT在自然环境中降解速率缓慢，特别是在高温堆肥等实际处理场景中缺乏高效降解微生物资源，制约了其大规模应用价值。目前关于耐热微生物降解PBAT的研究报道极为有限，亟待发掘具有高温适应性的高效降解菌株及其作用机制。

为解决这一难题，中国科学院东北地理与农业生态研究所钱睿、高雷等研究团队在《Pedosphere》发表了创新性研究成果。研究人员通过富集培养技术从堆肥样品中分离筛选耐热降解菌株，结合形态学观察、生理生化特征和16S rRNA基因测序进行菌种鉴定，采用失重法、扫描电镜(SEM)和凝胶渗透色谱(GPC)等手段系统评估降解性能，并通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析降解产物特性。

研究结果揭示：

【菌株分离与鉴定】从高温堆肥样本中成功分离出一株耐热降解菌PBAT4，经鉴定为芽孢杆菌属(Bacillus sp.)，该菌株在50°C高温环境下仍保持活跃代谢能力。

【降解性能评估】通过失重测定发现PBAT4菌株在50°C条件下对PBAT薄膜的降解率达62.3%，凝胶渗透色谱显示聚合物分子量从4.7×10⁴ g/mol下降至1.2×10⁴ g/mol，证实其有效降解能力。

【降解机理分析】扫描电镜观察到PBAT薄膜表面出现明显侵蚀孔洞，傅里叶变换红外光谱检测到酯键特征峰(1710 cm^-1)强度减弱，表明菌株通过酯酶作用切断聚合物分子链。

【酶活特性】检测到菌株分泌的胞外酯酶活性达38.6 U/mL，该酶在最适温度50°C和pH 8.0条件下保持稳定，展现良好的工业应用潜力。

研究结论表明，Bacillus sp. PBAT4作为首例报道的耐热PBAT降解菌，其通过分泌高温适应性酯酶有效解聚PBAT分子结构，显著加速降解进程。该发现不仅为生物降解塑料的高温处理提供了优质微生物资源，更揭示了耐热微生物降解聚合物的生理生化机制，对开发新型生物降解技术、推动塑料污染治理具有重要实践价值。研究提出的高温生物降解策略可直接应用于工业堆肥系统，为解决可降解塑料实际处理难题提供了创新技术路径。