塑料廢棄物已成為全球關(guān)注的焦點,，研究發(fā)現(xiàn)昆蟲及其腸道共生菌在塑料生物降解中具有獨特作用,。
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什么？竟然有昆蟲把塑料當(dāng)作美味！
對的,，你沒有看錯，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了很多愛“吃”塑料的昆蟲,，并對它們解決白色污染寄予厚望,。
近日，江蘇大學(xué)環(huán)境與安全工程學(xué)院教授孫建中團隊系統(tǒng)綜述了昆蟲及其腸道共生菌在塑料生物降解中的獨特作用,，并探討了該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀,、面臨的挑戰(zhàn)和發(fā)展路徑。相關(guān)研究成果日前發(fā)表于國際昆蟲學(xué)英文刊物《昆蟲科學(xué)》,。
那么,，這些昆蟲為何能練就“吃掉”塑料的獨門絕技？人們能否利用它們解決白色污染難題,？
多種生物菌能“吃掉”塑料
孫建中介紹,，昆蟲是世界上物種最豐富的生物，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)印度古螟,、草地貪夜蛾,、黃粉蟲、蠟蛾等昆蟲展現(xiàn)出了消化聚乙烯,、聚苯乙烯等常見塑料的能力,，而這背后，昆蟲腸道共生菌扮演了至關(guān)重要的角色。
目前已發(fā)現(xiàn)的能夠降解塑料的昆蟲腸道共生菌包括假單胞菌屬,、芽孢桿菌屬,、腸球菌屬、克雷伯氏菌屬,、不動桿菌等,。
“在塑料與昆蟲腸道共生菌相遇之前，昆蟲的咀嚼或啃食行為已先行一步破壞了塑料的結(jié)構(gòu),，為后續(xù)的分解創(chuàng)造了有利條件,。隨后，昆蟲腸道共生菌能夠分泌一系列生物酶,，促使塑料分子中的化學(xué)鍵斷裂,，將復(fù)雜的塑料聚合物轉(zhuǎn)化為更小的、可被腸道共生菌或宿主昆蟲代謝的分子,?！睂O建中說。
昆蟲腸道共生菌能夠分泌酯酶,、脂肪酶,、過氧化物酶、漆酶等酶類,，特異性地作用于塑料分子的化學(xué)鍵,，促進化學(xué)鍵的斷裂和轉(zhuǎn)化。例如,，漆酶和過氧化物酶能夠氧化塑料表面的碳?xì)滏I,，而酯酶和脂肪酶則參與酯鍵的水解。一旦塑料被分解,，產(chǎn)生的化合物就可以被用作昆蟲腸道共生菌生長的碳源,。
此外，除了昆蟲腸道共生菌外,，在被污染的水體和土壤中存在的一些細(xì)菌,、真菌、藻類等也能夠降解塑料,。研究表明,，部分真菌和細(xì)菌已展現(xiàn)出對聚乙烯、聚苯乙烯,、聚氯乙烯及聚丙烯等多種合成塑料的分解能力,；藻類在塑料聚合物降解過程中的作用也日益受到科學(xué)家的關(guān)注。
人工制酶提高降解速度
塑料廢棄物對環(huán)境的污染問題日益嚴(yán)峻,，已成為全球關(guān)注的焦點,。據(jù)國外媒體報道,，目前全球每年生產(chǎn)超過3.3億噸塑料，預(yù)計到2050年，這一數(shù)字將增加兩倍。
既然昆蟲腸道共生菌能“吃掉”塑料,，那么人們是否能對其加以利用,，從而大量消解塑料垃圾呢？
針對這一問題,，孫建中指出,，昆蟲腸道共生菌能“吃掉”塑料與大量降解塑料并不能混為一談。與自然環(huán)境中動輒數(shù)十年甚至上百年的降解時間相比,，雖然昆蟲腸道共生菌對塑料的降解速度相對較快,，但仍然難以滿足實際需求。僅僅依靠昆蟲腸道共生菌本身產(chǎn)生的酶作用有限,，還需要人工制備酶,，以優(yōu)化塑料降解過程，提高降解速度,。
為此,，研究人員需要研究不同酶的代謝途徑，篩選出可降解塑料的,、適合培養(yǎng)的酶,。隨后，研究人員會通過基因工程對細(xì)菌進行改造,，使其成為可大量產(chǎn)生這些酶的“工廠”,。
此外，還可以對多種可分解塑料的酶進行優(yōu)化組合,，進一步實現(xiàn)塑料垃圾的高效治理,。
孫建中表示，未來科學(xué)家將繼續(xù)尋找具有塑料降解能力的昆蟲腸道共生菌,，同時通過生物工程手段改良塑料降解酶的活性和特異性,，使其能更有效地分解不同類型的塑料。
產(chǎn)業(yè)化降塑要“兩條腿走路”
雖然人工制備酶在一定程度上能提高塑料降解速度,。但是大批量地人工制備酶還需要攻克發(fā)酵工程,、基因工程、酶工程等方面的技術(shù)難題,?！叭缃瘢恍┟敢呀?jīng)能夠做到實驗室規(guī)模的純化,，但距離產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)仍有一段距離,。”孫建中說。
“我們不僅要推動塑料降解的產(chǎn)業(yè)化進程,，還要‘兩條腿走路’,，探索可生物降解塑料技術(shù)，以可生物降解塑料逐步替代傳統(tǒng)石油基塑料,?！睂O建中說。
在生物降解塑料技術(shù)方面,，研究人員一直在進行探索,。
前不久，孫建中團隊完成了“基于過程仿生的木質(zhì)纖維素高值化產(chǎn)品開發(fā)”項目的產(chǎn)業(yè)化示范驗收,，成功將農(nóng)作物秸稈中的纖維素/半纖維素,，通過新型預(yù)處理技術(shù)，直接發(fā)酵轉(zhuǎn)化為高純度L乳酸,。
“L乳酸是環(huán)境可降解塑料聚乳酸的重要合成原料,。”承擔(dān)該項目產(chǎn)業(yè)化示范任務(wù)的中科康源（唐山）生物技術(shù)有限公司董事長張東遠(yuǎn)說,，“依托新型預(yù)處理技術(shù),，我們建成了一條千噸規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化示范生產(chǎn)線，整套生產(chǎn)線技術(shù)水平與規(guī)模達到國內(nèi)領(lǐng)先,?！?br>
近期，中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院相關(guān)團隊通過基因編輯微生物孢子,，將其嵌入塑料中,，制成可降解“活”塑料。該塑料在日常使用中性能穩(wěn)定,，在特定條件下可激活孢子以降解塑料,。此外，海南熱帶海洋學(xué)院的研究人員篩選,、培養(yǎng)出海洋微塑料降解菌玫瑰色菌,，在海洋微塑料生物降解技術(shù)上取得重要突破。
孫建中表示,，下一步為規(guī)范生物降解塑料的生產(chǎn)與處理流程,，國家有關(guān)部門還要建立健全相關(guān)法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)體系，為行業(yè)提供明確的參照與監(jiān)督依據(jù),，確保生物降解塑料的安全性與環(huán)境友好性,。
文章來源：科技日報 2024年10月8日 6版
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