论文部分内容阅读
聚烯烃塑料是日常生活中的应用十分广泛的一类塑料。聚烯烃塑料由于本身结构很稳定导致其很难被降解。目前降解聚烯烃塑料的方式主要为热降解、自然环境中的光降解和生物降解三种类别。由于热降解和光降解所耗费的成本高、时间久。因此生物降解聚烯烃塑料的研究具有重要意义。有研究证实黄粉虫、大麦虫对部分塑料聚合物有一定的解聚能力。聚苯乙烯(Polystyrene,PS)、聚乙烯(Polyethylene,PE)是聚烯烃塑料中使用最为广泛的两种塑料。本研究以PS、PE为实验材料,探究黄粉虫和大麦虫解聚和生物降解聚烯烃塑料的能力,并通过多种化学分析方法分析PS、PE经黄粉虫和大麦虫肠道后的变化。通过Illumina Mi Seq高通量测序分析大麦虫和黄粉虫的肠道微生物在降解过程中发挥的作用。主要内容及结论如下:(1)通过设置不同的喂食条件,测定黄粉虫和大麦虫在实验期间的存活率。结果发现,黄粉虫在60 d内消耗掉1.5g PS和PE,且存活率明显高于未饲喂的对照组。大麦虫在50 d内可以消耗掉PS,但不啮食PE。(2)通过傅里叶红外变换光谱对黄粉虫和大麦虫排出的虫粪进行分析,证实虫粪中形成了新的含氧官能团。通过热重分析对黄粉虫排出的虫粪进行分析,还观察到其物理性质和化学改性的变化,表明PS和PE在黄粉虫肠道内发生了生物降解。通过核磁共振氢谱对大麦虫排出的虫粪进行分析,证实了PS在经过大麦虫的肠道后结构发生了改变。凝胶渗透色谱的结果分析表明,摄入的PS在黄粉虫、大麦虫肠道内发生了广泛的解聚,同时重均分子量(M_w)和数均分子量(M_n)均呈现降低的趋势,而PE的解聚却受到了限制,即M_n呈现增加的趋势,M_w呈现降低的趋势,这表明黄粉虫和大麦虫对PS是广泛的生物降解,而黄粉虫对PE是选择性的降解。(3)通过Illumina Mi Seq高通量测序分析大麦虫和黄粉虫的肠道微生物群落结构,研究发现在不同的饲喂条件下黄粉虫和大麦虫的肠道菌群表现出了预期的显著差异。以PS为唯一碳源,对大麦虫肠道微生物进行为期90 d的体外培养实验,Illumina Mi Seq高通量测序显示发现具有PS降解功能的肠道菌群显著富集。(4)以PS、PE为唯一碳源,从黄粉虫肠道中初步分离得到了8株以PS或PE为唯一碳源的肠道降解菌。本研究证实了黄粉虫和大麦虫均能够降解PS,且大麦虫对PS的啮食能力更强。证明了肠道细菌在黄粉虫、大麦虫降解PS、PE的过程中发挥了重要的作用,为PS、PE的生物降解提供了新的理论依据与应用思路。