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邱園皇家植物園的研究人員及其合作伙伴在《危險(xiǎn)材料雜志》上發(fā)表的一項(xiàng)新研究在中國(guó)江蘇沿海鹽沼中發(fā)現(xiàn)了塑料降解真菌和細(xì)菌的多種微生物組。

國(guó)際科學(xué)家團(tuán)隊(duì)統(tǒng)計(jì)了總共184種真菌和55種細(xì)菌菌株，能夠分解聚己內(nèi)酯(PCL)，這是一種常用于生產(chǎn)各種聚氨酯的可生物降解聚酯。其中，Jonesia屬和鏈霉菌屬內(nèi)的細(xì)菌菌株有可能進(jìn)一步降解其他石油基聚合物 - 天然或合成的分子鏈結(jié)合在一起。

這些降解塑料的微生物于2021年<>月在中國(guó)東部的大豐采集到，大豐是靠近黃海沿岸的聯(lián)合國(guó)教科文組織保護(hù)地點(diǎn)。抽樣證實(shí)了陸地塑料圈的存在，這個(gè)術(shù)語(yǔ)對(duì)陸地生態(tài)學(xué)來(lái)說(shuō)相對(duì)較新，因?yàn)檫^(guò)去的研究主要集中在海洋環(huán)境上。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)沿海塑料碎片的這種“人造生態(tài)位”的微生物組與周圍的土壤不同。

(資料圖)

科學(xué)家們?cè)絹?lái)越多地關(guān)注真菌和細(xì)菌等微生物，以幫助應(yīng)對(duì)現(xiàn)代一些最緊迫的挑戰(zhàn)，包括塑料污染的上升趨勢(shì)。根據(jù)聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署 (UNEP) 的數(shù)據(jù)，自 400 年代以來(lái)，每年產(chǎn)生 1970 億噸塑料廢物，塑料污染水平急劇上升。然而，研究人員希望這個(gè)問(wèn)題的答案可以在塑料層中找到。

過(guò)去的研究已經(jīng)認(rèn)識(shí)到微生物處理塑料廢物的潛力;由中國(guó)和巴基斯坦的研究人員領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)2017年研究確定了一種真菌曲霉菌菌株，該菌株正在巴基斯坦伊斯蘭堡的一個(gè)垃圾填埋場(chǎng)分解塑料。迄今為止，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)436種真菌和細(xì)菌可以降解塑料，Kew科學(xué)家和合作伙伴認(rèn)為，他們的最新發(fā)現(xiàn)可能會(huì)導(dǎo)致開(kāi)發(fā)旨在生物降解塑料廢物的高效酶。

該研究將于2023月5日<>年世界環(huán)境日之前進(jìn)行，其主題是在#BeatPlasticPollution運(yùn)動(dòng)下尋找塑料廢物危機(jī)的解決方案。

RBG Kew真菌多樣性和系統(tǒng)學(xué)高級(jí)研究負(fù)責(zé)人Irina Druzhinina博士說(shuō)：“微生物學(xué)家都有責(zé)任找到塑料廢物生態(tài)友好處理的解決方案，因?yàn)榧?xì)菌和真菌將是第一個(gè)學(xué)習(xí)如何處理這種新材料的生物。我們毫不懷疑微生物會(huì)找到有效降解塑料的方法，但如果我們讓自然順其自然，這可能需要數(shù)千年的時(shí)間。這就是為什么我們的任務(wù)是利用我們已經(jīng)擁有的微生物生物學(xué)知識(shí)，加速和指導(dǎo)微生物及其個(gè)體基因的進(jìn)化，以完成這項(xiàng)工作。

由于其壽命長(zhǎng)和疏水表面，水生生態(tài)系統(tǒng)中的塑料為真菌和細(xì)菌創(chuàng)造了一種“微生物礁石”。在某些可生物降解塑料的情況下，它們可以為微生物提供碳源來(lái)代謝 - 食物來(lái)源。在大豐，研究人員從七種不同類型的石油基聚合物中收集了50個(gè)塑料廢物樣本：聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)，發(fā)泡聚苯乙烯(EPS)，聚乙烯(PE)，聚氨酯(PU)，聚酰胺(PA)，聚丙烯(PP)和聚氯乙烯(PVC)。

在這些樣本中，研究人員確定了14屬真菌，包括植物病原體Fusarium和Neocosmospora。植物致病真菌從植物中獲取營(yíng)養(yǎng)，但這樣做的方式會(huì)傷害宿主。該研究的結(jié)果表明，這些真菌可能比腐生真菌(以死亡的植物和動(dòng)物遺骸為食的真菌)更擅長(zhǎng)降解PCL塑料和其他合成聚合物。

Druzhinina博士補(bǔ)充說(shuō)：“大豐鹽沼的生態(tài)位正是我們選擇調(diào)查那里塑料廢物中存在的微生物群落的原因，到目前為止，我們的發(fā)現(xiàn)已被證明既令人興奮又充滿希望。

在野外，真菌在分解有機(jī)物并將其通過(guò)碳循環(huán)方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。數(shù)百萬(wàn)年來(lái)，分解許多復(fù)雜和天然存在的聚合物(如纖維素)的能力已經(jīng)發(fā)展。事實(shí)上，真菌分泌的酶在分解復(fù)雜的有機(jī)化合物(包括碳水化合物和蛋白質(zhì))方面非常有效。

除了大豐的真菌外，研究小組還確認(rèn)了兩個(gè)細(xì)菌屬，鏈霉菌和最近發(fā)現(xiàn)的Jonesia屬，是塑料降解的有希望的候選者。特別是，青海菌株在55種采樣細(xì)菌菌株中占主導(dǎo)地位。

中國(guó)南京農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士生李雪松說(shuō)：“有機(jī)會(huì)參與一個(gè)具有潛在影響力解決方案的項(xiàng)目，以應(yīng)對(duì)全球不斷上升的塑料污染水平，這是一個(gè)立竿見(jiàn)影的吸引力，特別是因?yàn)檫@是我的第一個(gè)研究項(xiàng)目。最初有人擔(dān)心我們可能無(wú)法從單個(gè)抽樣中收集足夠的數(shù)據(jù)，但到目前為止的結(jié)果是壓倒性的，我們不得不克制自己，不要隔離越來(lái)越多的文化來(lái)研究它們的特征。盡管細(xì)菌在這方面被證明非?；钴S，但我個(gè)人更喜歡與真菌合作，因?yàn)檫@些生物具有巨大的應(yīng)用潛力，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了塑料的降解。

盡管該領(lǐng)域取得了許多令人興奮的進(jìn)展，但該研究的作者警告說(shuō)，我們對(duì)塑料相關(guān)微生物的理解仍處于起步階段。關(guān)于這些生態(tài)位的許多問(wèn)題仍未得到解答，該研究的作者在精確識(shí)別分析的菌株到物種水平方面面臨一些限制。

中國(guó)深圳中山大學(xué)的蔡峰博士說(shuō)：“最讓我印象深刻的是微生物多樣性的絕對(duì)力量，特別是當(dāng)你考慮到檢測(cè)它們是多么具有挑戰(zhàn)性時(shí);它們體積微觀，性質(zhì)神秘，外觀簡(jiǎn)單。然而，當(dāng)我們改變視角并通過(guò)生化鏡頭觀察它們時(shí)，我們就會(huì)接觸到等待我們探索的豐富復(fù)雜性。意識(shí)到我們幾乎沒(méi)有觸及表面，并且已經(jīng)為未來(lái)技術(shù)發(fā)現(xiàn)了大量潛在的有前途的資源，這確實(shí)令人振奮。這種認(rèn)識(shí)讓我充滿了難以置信的滿足感，因?yàn)槲抑肋€有許多發(fā)現(xiàn)有待實(shí)現(xiàn)，我們的工作可能會(huì)在該領(lǐng)域取得重大進(jìn)展。

RBG Kew是世界上歷史最悠久，最大的真菌之一，擁有超過(guò)1萬(wàn)個(gè)標(biāo)本，但真菌王國(guó)仍然是自然界最大的謎團(tuán)之一。估計(jì)各不相同，但在迄今為止描述的超過(guò)25，144種物種之外，可能還有數(shù)百萬(wàn)種物種尚未被發(fā)現(xiàn)，科學(xué)家們肯定其中有新的食物，藥物和其他有益化合物的來(lái)源。

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