聚丙烯微塑料的微生物降解：单物种与双物种模型的比较评估

《Biodegradation》：Microbial biodegradation of polypropylene microplastics: a comparative assessment of single- and dual-species models

　　

摘要

微塑料是一种持久性的环境污染物，会对生态系统和人类健康造成不良影响。微生物降解是一种极具前景的治理策略，但不同微生物的降解效率会因种类及实验条件而异。目前，关于单一物种与双物种共同降解聚丙烯微塑料性能的比较研究仍较为有限。因此，本研究在受控条件下，对Pseudomonas aeruginosa、Bacillus subtilis和Lactobacillus plantarum在单一物种及双物种体系中对聚丙烯微塑料的降解能力进行了30天的实验研究。研究通过生长动力学分析、重量损失检测、FTIR光谱分析、SEM成像以及GC–MS分析等方法来评估这些微生物对聚丙烯微塑料的降解效果。结果表明，在所有细菌物种存在的情况下，微塑料都能得到显著降解，且双物种组合的降解效率高于单一菌株。其中，P. aeruginosa单独作用时可使微塑料重量减少28.6%，B. subtilis为12%，L. plantarum为16%；而双物种组合中，P. aeruginosa与B. subtilis共同作用时可使微塑料重量减少49%，B. subtilis与L. plantarum共同作用时为32%，L. plantarum与P. aeruginosa共同作用时为20%，这说明双物种组合的聚合物分解效果更佳。FTIR光谱分析显示出了聚合物氧化的化学特征，同时波峰透射率也有所上升，比如2978 cm^?1处（C–H烷键，增幅达101%）、1735 cm^?1处（C=O羰基）、3657 cm^?1处（O–H键），还出现了1450 cm^?1处（C–H弯曲键）这样的新波峰。SEM成像则证实了微生物在聚丙烯微塑料表面定植、形成生物膜以及导致其结构受损的现象。GC–MS分析则识别出了降解产生的副产品，包括单体、酸类、酯类以及各种添加剂，进一步证明了微生物确实能够分解聚丙烯微塑料。本研究充分体现了微生物降解的有效性，同时也凸显了微生物群落在治理微塑料污染方面的巨大潜力。