环境中微塑料的微生物降解机制与生物强化

摘要

作为一类新污染物，环境中微塑料威胁生态安全和人类健康。微生物降解技术因其经济高效、环境友好的特质而备受关注。近些年来，生物膜、酶工程、基因调控等技术在微塑料微生物降解研究中取得重要进展。生物膜降解微塑料的过程通常包括改变表面特性、浸出添加剂、酶或自由基攻击、渗透分解等阶段。细胞外酶可裂解微塑料的大分子结构，细胞内酶则可改变底物结构并处理代谢产物，两者协同作用构建高效酶系统已成为当前研究的重点之一。基于基因工程技术，以往已培育了多种工程菌株，通过生物信息学挖掘功能基因、解析代谢途径，并结合宏基因组修饰技术，显著提升了微塑料的降解效率。本文综述了微生物降解微塑料的最新研究进展，剖析了微塑料降解功能微生物的物种多样性、降解代谢途径及其机制等。已有研究表明，细菌、真菌和微藻等多种微生物皆具备降解微塑料的能力，其中复合菌群的协同作用尤为显著。细菌主要通过分泌水解酶和氧化酶，切断大分子链或改变塑料化学结构来降解微塑料；真菌则依靠分泌细胞内、外酶及生物表面活性剂，将微塑料分解为单体，菌丝还能增强作用效果；微藻可借助光合作用，分泌毒素、酶以及胞外聚合物促进降解。微塑料的降解通常经历生物劣化、碎片化、同化及矿化四个阶段，不同微生物对聚乙烯、聚苯乙烯等各类微塑料降解效率及机制存在差异。本综述为深入探究微塑料微生物降解原理、进一步发展微生物降解微塑料的方法和技术提供了依据。

关键词

微塑料 / 微生物降解 / 代谢途径 / 降解机制

基金资助

国家重点研发计划政府间科技合作项目(2023YFE0110800); 国家自然科学基金项目(42430703)