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

國際科學家團隊統(tǒng)計了總共184種真菌和55種細菌菌株，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)的細菌菌株有可能進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<>月在中國東部的大豐采集到，大豐是靠近黃海沿岸的聯(lián)合國教科文組織保護地點。抽樣證實了陸地塑料圈的存在，這個術語對陸地生態(tài)學來說相對較新，因為過去的研究主要集中在海洋環(huán)境上。進一步發(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)

科學家們越來越多地關注真菌和細菌等微生物，以幫助應對現(xiàn)代一些最緊迫的挑戰(zhàn)，包括塑料污染的上升趨勢。根據(jù)聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署 (UNEP) 的數(shù)據(jù)，自 400 年代以來，每年產(chǎn)生 1970 億噸塑料廢物，塑料污染水平急劇上升。然而，研究人員希望這個問題的答案可以在塑料層中找到。

過去的研究已經(jīng)認識到微生物處理塑料廢物的潛力;由中國和巴基斯坦的研究人員領導的一項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垃圾填埋場分解塑料。迄今為止，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)436種真菌和細菌可以降解塑料，Kew科學家和合作伙伴認為，他們的最新發(fā)現(xiàn)可能會導致開發(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)境日之前進行，其主題是在#BeatPlasticPollution運動下尋找塑料廢物危機的解決方案。

RBG Kew真菌多樣性和系統(tǒng)學高級研究負責人Irina Druzhinina博士說：“微生物學家都有責任找到塑料廢物生態(tài)友好處理的解決方案，因為細菌和真菌將是第一個學習如何處理這種新材料的生物。我們毫不懷疑微生物會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)千年的時間。這就是為什么我們的任務是利用我們已經(jīng)擁有的微生物生物學知識，加速和指導微生物及其個體基因的進化，以完成這項工作。

由于其壽命長和疏水表面，水生生態(tài)系統(tǒng)中的塑料為真菌和細菌創(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代謝 - 食物來源。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個塑料廢物樣本：聚對苯二甲酸乙二醇酯(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養(yǎng)，但這樣做的方式會傷害宿主。該研究的結(jié)果表明，這些真菌可能比腐生真菌(以死亡的植物和動物遺骸為食的真菌)更擅長降解PCL塑料和其他合成聚合物。

Druzhinina博士補充說：“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，真菌在分解有機物并將其通過碳循環(huán)方面發(fā)揮著關鍵作用。數(shù)百萬年來，分解許多復雜和天然存在的聚合物(如纖維素)的能力已經(jīng)發(fā)展。事實上，真菌分泌的酶在分解復雜的有機化合物(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，研究小組還確認了兩個細菌屬，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種采樣細菌菌株中占主導地位。

中國南京農(nóng)業(yè)大學碩士生李雪松說：“有機會參與一個具有潛在影響力解決方案的項目，以應對全球不斷上升的塑料污染水平，這是一個立竿見影的吸引力，特別是因為這是我的第一個研究項目。最初有人擔心我們可能無法從單個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，不要隔離越來越多的文化來研究它們的特征。盡管細菌在這方面被證明非常活躍，但我個人更喜歡與真菌合作，因為這些生物具有巨大的應用潛力，遠遠超出了塑料的降解。

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

中國深圳中山大學的蔡峰博士說：“最讓我印象深刻的是微生物多樣性的絕對力量，特別是當你考慮到檢測它們是多么具有挑戰(zhàn)性時;它們體積微觀，性質(zhì)神秘，外觀簡單。然而，當我們改變視角并通過生化鏡頭觀察它們時，我們就會接觸到等待我們探索的豐富復雜性。意識到我們幾乎沒有觸及表面，并且已經(jīng)為未來技術發(fā)現(xiàn)了大量潛在的有前途的資源，這確實令人振奮。這種認識讓我充滿了難以置信的滿足感，因為我知道還有許多發(fā)現(xiàn)有待實現(xiàn)，我們的工作可能會在該領域取得重大進展。

RBG Kew是世界上歷史最悠久，最大的真菌之一，擁有超過1萬個標本，但真菌王國仍然是自然界最大的謎團之一。估計各不相同，但在迄今為止描述的超過25，144種物種之外，可能還有數(shù)百萬種物種尚未被發(fā)現(xiàn)，科學家們肯定其中有新的食物，藥物和其他有益化合物的來源。

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