河口沉积物塑料生物降解机制研究获进展

广东省科学院生态环境与土壤研究所研究员孙蔚旻团队与西安建筑科技大学教授张海涵合作，在国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目的资助下，在河口沉积物塑料生物降解机制解析方面取得新进展。近日，相关成果发表于《环境科学与技术》（Environmental Science & Technology）。

河流沉积物中塑料际微生物在反硝化条件下降解PE示意图。研究团队供图

塑料污染已成为全球生态环境的重大威胁，而珠江口作为世界上塑料污染最严重的河口之一，存在大量塑料污染物积累在河口沉积物的问题。有研究证实，在好氧环境中微生物可以通过水解或氧化作用对塑料进行生物降解，最终矿化为二氧化碳。但目前对于厌氧环境中微生物是否能降解塑料以及降解机制仍不明确，限制了研究人员对塑料污染环境持久性及行为的认知。

针对上述科学问题，研究团队采集了野外样品群落，结合微宇宙模拟研究，对沉积物厌氧条件下塑料生物降解过程进行了系统解析。高通量测序结果显示，沉积物和塑料际的微生物群落存在显著差异，而塑料际富集了一批具有塑料降解代谢功能与厌氧呼吸作用的核心物种。其中，与塑料解聚和烷烃降解过程相关的基因ahyA、almA、CYP153A、ladA丰度较高，硝酸盐还原为亚硝酸盐的基因丰富。

研究团队通过¹³C-PE（PE，即聚乙烯，是一种由乙烯单体聚合而成的高分子聚合物，具备耐腐蚀和稳定性强等特点，在日常生活中被大量生产并广泛使用）微宇宙培养实验，进一步证实了PE在两种氧化还原条件下均可被矿化。同时，反硝化和好氧处理的漆酶活性分别对应无PE对照的2.5和3.1倍，两者间无显著差异；木质素过氧化物酶活性在两种条件下均高于无PE对照。此外，通过傅里叶变换红外光谱分析PE表面官能团的变化，能够直接反映其降解程度。结果显示，生物处理PE特征峰面积减少，氧化基团的峰面积增大。与原始PE相比，生物处理后PE的分子量降低，证实了生物代谢加速了塑料解聚过程。

论文第一作者、广东省科学院生态环境与土壤研究所副研究员孙晓旭表示，该研究结果为理解厌氧环境中塑料污染物的生物地球化学循环提供了新视角，也为低氧环境中塑料污染的原位修复提供了理论依据。

相关论文信息：https://doi.org/10.1021/acs.est.4c12187