印度尼西亚研究团队：淀粉基生物塑料和LDPE在堆肥土壤中的影响

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可生物降解塑料被认为是塑料污染问题的解决方案。它们是指可以被微生物矿化成水、二氧化碳、甲烷和生物质的聚合物。生物塑料由来自木薯、玉米和马铃薯淀粉等植物的可再生天然聚合物制成或来自聚（3-羟基链烷酸酯）等细菌。应该注意的是，并非所有生物塑料都是可生物降解的，同样，并非所有可生物降解塑料都是由可再生自然资源制成的。

另一种类型的可生物降解塑料是通过在石油基塑料中加入金属盐添加剂制成的，例如低密度聚乙烯（LDPE），通常称为氧生物降解塑料。金属盐充当促氧化剂，启动长链聚乙烯聚合物的光氧化或热氧化，并将其分解成可能更容易受到微生物攻击的较低分子量片段。然而，羰基生物降解塑料的生物降解性受到很多争论，因为它们是否真正分解成更简单的分子（可氧化降解）或仅仅分解成微塑料碎片。尽管存在争议性质，并且欧盟议会禁止使用可氧化降解塑料，但氧化LDPE是印度尼西亚市场上声称可生物降解和环保的主要塑料类型之一。

1、研究背景 

塑料污染是过去几十年的主要生态问题之一。与传统塑料相比，新一代塑料更容易在环境中降解，例如淀粉基生物塑料和氧化生物降解塑料，被认为是解决这个问题的方法。然而，这些材料在环境中的降解产物对土壤微生物群落的影响尚不清楚，关于它们的存在如何影响可能在其生物降解中发挥作用的微生物知之甚少。

近日，印度尼西亚阿特玛再也天主教大学的研究团队在这项研究中，监测了土壤中细菌群落的动态，在引入声称可生物降解的商业手提袋：木薯淀粉基生物塑料和羰基低密度聚乙烯（oxo-LDPE）时。每种类型的塑料袋分别埋在堆肥土壤中，并孵育30、60、90和120天。孵育后，测量土壤pH值和温度以及剩余塑料的重量。使用16SrRNA基因V3-V4区域的Illumina高通量测序分析附着在剩余塑料表面的土壤中的细菌多样性。

2、结果和讨论 

30天后，木薯淀粉基生物塑料重量减少了56%。之后体重减轻不那么剧烈，在第60天、90天和120天分别减轻了61%、69%和74%的体重（图1）。这与之前的一项研究一致，该研究表明，即使与光氧化预处理相结合，在土壤中埋藏120天后也只有1-1.5%的降解。紫外光照射诱导羰基-LDPE中聚乙烯链的氧化裂解，产生分子量较低的单体或低聚物，因此这种处理也可能有助于重量降低3%。总体而言，我们的研究结果证实，并非所有声称“可生物降解”的塑料在土壤中都以相同的速度降解。

2.1 木薯淀粉基生物塑料引入堆肥土壤细菌群落 

据报道，在牙菌斑生物膜的早期形成过程中，异型弧菌与戈多尼链球菌共存并与之交流。本研究表明，无型弧菌的存在增加了淀粉酶编码基因amyB在戈多尼链球菌中的表达。据报道，苔藓杆菌聚集体在淀粉、葡萄糖和麦芽糖培养基上生长。虽然没有关于苔藓杆菌中淀粉酶活性的报告，但苔藓杆菌可以使用淀粉降解产物，如麦芽糖和淀粉降解细菌产生的葡萄糖。

总体而言，这表明即使上述细菌属可能不直接参与基于淀粉的生物塑料降解，它们也可能通过利用淀粉降解中间体或通过细菌群落内的其他相互作用在土壤中茁壮成长。

2.2 引入氧-LDPE的堆肥土壤中的细菌群落 

与淀粉基生物塑料处理的观察结果类似，在微塑料污染的土壤中检测到糖藻（第60天）。同样，据报道，莱茵海梅拉（第90天）在微塑料感染的水中大量存在。在富含聚乙烯的饮食中保存的聚乙烯降解Galleria mellonella和Tenebrio molitor幼虫的肠道中发现了Pantoea（第120天）。在聚乙烯塑料碎片的主要细菌定植者中发现了Portibacter（第90天和第120天）。

有趣的是，正如在淀粉基生物塑料中观察到的那样，在引入羰基LDPE的土壤中的所有时间点上，没有细菌持续繁殖。这表明基于淀粉的生物塑料和羰基LDPE降解可能需要多种细菌，这些细菌将随着时间的推移而继续变化。

3、结论 

与羰基LDPE相比，木薯淀粉基生物塑料在土壤中的降解速度更快。我们的结果表明，土壤中的细菌组成随时间而变化，无论是否引入任何一种类型的塑料。虽然本研究中所有处理的主要细菌门都保持相似，但两种类型的塑料的添加导致土壤细菌群落的不同转变。

在不同的时间点出现了不同的属，没有一个属连续主导土壤细菌群落。它们代表可能直接参与分解塑料聚合物的细菌，以及通过与降解剂相互作用而存活的细菌。参与氮循环的细菌群也随着时间的推移而出现。总体而言，这项研究表明，环境中可生物降解塑料的结果是由一组复杂的微生物决定的，这些微生物随着时间的推移而不断变化。

原文链接：

https://bmcmicrobiol.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12866-022-02729-1#article-info

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