【摘 要】
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近年来,日益严重的塑料污染已成为公众健康的主要威胁,越来越多的人对环境修复提出了更高的要求。微生物环境修复比传统的焚烧填埋场更清洁、更经济。使用微生物群落将各种塑料污染物降解为无毒或毒性较小的化合物是更好的选择。目前,关于微生物群落的生物修复具有现实意义,并且已经在一些案例中得到应用。聚乙烯可以作为微生物群落生存的唯一碳源。微生物可以在聚乙烯表面形成生物膜或者形成一个被称作塑料球的区域,它们相互作
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近年来,日益严重的塑料污染已成为公众健康的主要威胁,越来越多的人对环境修复提出了更高的要求。微生物环境修复比传统的焚烧填埋场更清洁、更经济。使用微生物群落将各种塑料污染物降解为无毒或毒性较小的化合物是更好的选择。目前,关于微生物群落的生物修复具有现实意义,并且已经在一些案例中得到应用。聚乙烯可以作为微生物群落生存的唯一碳源。微生物可以在聚乙烯表面形成生物膜或者形成一个被称作塑料球的区域,它们相互作用产生酸或酶来降解聚乙烯。微生物对聚乙烯的降解情况取决于聚合物的微观结构、表面特性、分子量及分子量分布大小等因素。本课题从三个不同的地点取样用不同的方法筛菌,采用不同的方式对聚乙烯塑料进行不同程度的降解研究:1,废弃的聚乙烯（PE）地膜导致了持续性的农业污染。塑料废弃物的生物降解被认为是一种有前景的解决方案,可以潜在地克服环境和经济问题。本研究从废弃地膜回收工厂中分离出一株新型细菌（Bacillus paramycoides）,该细菌表现出非凡的定制聚乙烯薄膜的能力。通过扫描电镜观察到聚乙烯上存在大量凹坑和褶皱裂纹,说明菌株以PE膜为唯一碳源。同时,对薄膜的重量损失进行了连续测试,发现与TW-2共孵育45天后薄膜的初始重量损失约12%。聚乙烯薄膜的表面疏水性降低,表面张力从9.755增加到31.013。傅里叶变换红外（FTIR）分析表明,1740 cm-1和2760 cm-1附近的吸收峰分别归属于醛基和羧基的伸缩振动,表明产生了亲水基团。XPS能谱分析也证实了这一点。X射线衍射（XRD）分析表明相对结晶度从33%下降到11.51%。此外,GPC分析表明分子量降低,低分子量片段比例增加。这些结果强烈表明PE膜能够在一定程度上被菌株降解。最后,提出了一种新的聚乙烯生物降解机理。2,聚乙烯（PE）地膜的微生物降解引起了广泛的关注,但目前纯菌株降解聚合物的研究受限于其降解的代谢途径可以利用纯菌株进行研究,忽略了PE地膜在环境中的降解是不同微生物协同作用下的结果。这种局限性可以通过使用微生物菌群来克服,其中一种微生物产生的有毒代谢产物往往可以作为另一种微生物生长的底物。本研究从垃圾回收厂分离纯化出三种菌株:蜡样芽孢杆菌、副芽孢杆菌和巨大芽孢杆菌。将三种菌株混合培养形成菌株联合体（NLJ-1）,同时将菌株联合体发酵培养制备粗酶液（MCE）,对三种菌株进行16S DNA测序建立系统发育树,进行生理生化测试。将制备的菌株联合体与粗酶混合液分别在以PE膜为唯一碳源的培养基中共培养60天。NLJ-1的PE膜去除率高达31.3%。MCE去除率为24.5%。采用SEM、GPC、FTIR、XPS、XRD和GC-MS对样品进行表征,发现PE表面发生断裂,低分子量PE链首先发生降解,出现新的含氧官能团。其化学惰性也大大降低。最后,揭示了聚乙烯的酶降解机理。本研究丰富了PE降解的生物资源,为物种互作促进PE降解提供了范式。3,塑料因其易于加工、运输、储存和化学性质稳定等优点被广泛应用于日常生产生活中,也因其在环境中长期存在的潜力而日益增多。生物降解是塑料不可避免的环境行为之一,也是一种环境友好的塑料废弃物处理方法。因此,塑料生物降解的研究更具有针对性和生态性。本研究以聚乙烯（PE）塑料薄膜为唯一碳源,从植物根际土壤中分离筛选PE降解菌株。通过形态学观察、生理生化分析和16SDNA分析,将菌株鉴定为根瘤菌属（Rhizobium）。菌株BM在p H7.0和30℃条件下生长最好。与BM共培养60天后,PE地膜的质量损失为26.9%±0.03%。此外,通过SEM观察到PE上有许多凹坑和褶皱。傅里叶变换红外光谱（FTIR）检测到新的含氧官能团（羟基、醛基和羧基）的伸缩振动峰,XPS也证实了这一点。生物降解导致可提取的含氧化合物和未被氧化的低分子量碳氢化合物的形成,GC-MS研究证实了这一点。X射线衍射（XRD）分析也表明相对结晶度从63.91%下降到47.2%。此外,GPC分析表明分子量降低,低分子量片段比例增加。这些结果表明菌株BM对聚乙烯薄膜具有一定的降解作用。BM菌株良好的降解性能为进一步研究废弃PE在土壤环境及植物根际微塑料的降解代谢机制提供了理论依据。
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