塑料廢棄物已成為全球關注的焦點，研究發現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作美味！
對的，你沒有看錯，科學家發現了很多愛“吃”塑料的昆蟲，并對它們解決白色污染寄予厚望。
近日，江蘇大學環境與安全工程學院教授孫建中團隊系統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，并探討了該領域的研究現狀、面臨的挑戰和發展路徑。相關研究成果日前發表于國際昆蟲學英文刊物《昆蟲科學》。
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，科學家發現印度古螟、草地貪夜蛾、黃粉蟲、蠟蛾等昆蟲展現出了消化聚乙烯、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重要的角色。
目前已發現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構，為后續的分解創造了有利條件。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鍵斷裂，將復雜的塑料聚合物轉化為更小的、可被腸道共生菌或宿主昆蟲代謝的分子。”孫建中說。
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鍵，促進化學鍵的斷裂和轉化。例如，漆酶和過氧化物酶能夠氧化塑料表面的碳氫鍵，而酯酶和脂肪酶則參與酯鍵的水解。一旦塑料被分解，產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菌、真菌、藻類等也能夠降解塑料。研究表明，部分真菌和細菌已展現出對聚乙烯、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家的關注。
人工制酶提高降解速度
塑料廢棄物對環境的污染問題日益嚴峻，已成為全球關注的焦點。據國外媒體報道，目前全球每年生產超過3.3億噸塑料，預計到2050年，這一數字將增加兩倍。
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。與自然環境中動輒數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生的酶作用有限，還需要人工制備酶，以優化塑料降解過程，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、適合培養的酶。隨后，研究人員會通過基因工程對細菌進行改造，使其成為可大量產生這些酶的“工廠”。
此外，還可以對多種可分解塑料的酶進行優化組合，進一步實現塑料垃圾的高效治理。
孫建中表示，未來科學家將繼續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。
產業化降塑要“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酵工程、基因工程、酶工程等方面的技術難題。“如今，一些酶已經能夠做到實驗室規模的純化，但距離產業化生產仍有一段距離。”孫建中說。
“我們不僅要推動塑料降解的產業化進程，還要‘兩條腿走路’，探索可生物降解塑料技術，以可生物降解塑料逐步替代傳統石油基塑料。”孫建中說。
在生物降解塑料技術方面，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纖維素高值化產品開發”項目的產業化示范驗收，成功將農作物秸稈中的纖維素/半纖維素，通過新型預處理技術，直接發酵轉化為高純度L乳酸。
“L乳酸是環境可降解塑料聚乳酸的重要合成原料。”承擔該項目產業化示范任務的中科康源（唐山）生物技術有限公司董事長張東遠說，“依托新型預處理技術，我們建成了一條千噸規模的產業化示范生產線，整套生產線技術水平與規模達到國內領先。”
近期，中國科學院深圳先進技術研究院相關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，海南熱帶海洋學院的研究人員篩選、培養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上取得重要突破。
孫建中表示，下一步為規范生物降解塑料的生產與處理流程，國家有關部門還要建立健全相關法規與標準體系，為行業提供明確的參照與監督依據，確保生物降解塑料的安全性與環境友好性。
文章來源：科技日報 2024年10月8日 6版
文章鏈接：https://digitalpaper.stdaily.com/http_www.kjrb.com/kjrb/html/2024-10/08/content_578511.htm?div=-1
