兩周內(nèi)即可將一些塑料降解為碎片！可以“吃”塑料的海洋微生物在青發(fā)現(xiàn)

可以“吃”塑料的海洋微生物在青發(fā)現(xiàn)

中科院海洋所孫超岷團(tuán)隊探索塑料循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展“海洋方案”

僅僅一年時間，深耕海洋微生物研究的中國科學(xué)院海洋研究所孫超岷課題組就接連獲得兩項重大科研進(jìn)展。“2021年，我們首次發(fā)現(xiàn)能有效降解塑料垃圾的海洋微生物菌群。今年，我們再次發(fā)現(xiàn)并培養(yǎng)出‘升級版’海洋微生物，不僅能有效降解多種類型塑料，而且降解速率更快，兩周內(nèi)即可將一些塑料降解為碎片。”孫超岷說。

像許多發(fā)明一樣，塑料本身并不是“壞物質(zhì)”。不過，大量塑料生產(chǎn)和廢棄正對氣候變化、自然損失和污染方面造成“三重危機(jī)”。海洋所的研究結(jié)果，有望突破多種難降解塑料的降解瓶頸，開發(fā)出環(huán)境友好型降解塑料垃圾生物制品。目前，該成果已申請國家發(fā)明專利保護(hù)；4月28日，已申請國際發(fā)明專利保護(hù)，科研成果轉(zhuǎn)化正在推動中。

孫超岷團(tuán)隊成員正在研究“吃”碎片的海洋微生物。

發(fā)現(xiàn)以塑料為“食”的海洋微生物

在中科院海洋所實驗海洋生物學(xué)重點實驗室里，大大小小的透明玻璃瓶里盛著些許“水”“泥土”，排在桌子上、冷藏箱里。孫超岷介紹，這是通過“科學(xué)”號科考船等方式獲取的第一手海洋沉底物樣品，一滴水或者一把泥里面，就有數(shù)千萬計的海洋微生物。

其實，他們最初并沒有特別關(guān)注能夠降解塑料的海洋微生物。2016年，日本京都工藝?yán)w維大學(xué)科學(xué)家發(fā)表論文，稱在陸地上發(fā)現(xiàn)了能有效降解聚對苯二甲酸乙二醇酯塑料（PET）的微生物。這給孫超岷團(tuán)隊極大啟示：海洋中存在大量塑料垃圾，是否有海洋微生物能夠有效降解塑料？

帶著這種想法，他們自2016年開始從青島近海采集了上千份塑料垃圾。“塑料是一類高分子聚合物的統(tǒng)稱，聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC）、聚氨酯（PUR）及聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）等六種塑料制品是目前塑料垃圾的主要來源。”孫超岷說，通過對收集的塑料垃圾進(jìn)行大量篩選，他們先后發(fā)現(xiàn)了附著在塑料垃圾上的兩種海洋微生物。2021年發(fā)現(xiàn)的是一種細(xì)菌，能有效降解PET和PE兩種塑料。今年發(fā)現(xiàn)的是一種成長后肉眼可見的真菌，不僅能有效降解當(dāng)前用量最大、污染最重、最難降解的PE塑料，同時對PP、PS、PVC、PUR、聚酰胺（PA）和生物可降解塑料都有明顯的降解效果。

海洋微生物對聚酯型聚氨酯的降解圖示。

微生物能夠降解塑料，是因為微生物經(jīng)過與塑料及類似物的長期共存，逐漸演化出一些能有效降解塑料的類群。孫超岷常常這樣比喻：對于很多微生物而言，你給它吃面包、米飯，他們會活得很好，但如果它們沒有那么好的生存環(huán)境，比如長期生活在塑料垃圾周圍的微生物，為了生存，它們就會慢慢“進(jìn)化”，通過分泌酶類“吃”塑料，獲得額外的能量來源。

兩周內(nèi)即可將一些塑料降解為碎片

發(fā)現(xiàn)能“吃”塑料的海洋微生物，過程充滿曲折。前兩年，孫超岷團(tuán)隊的研究工作幾乎沒有任何進(jìn)展。在發(fā)現(xiàn)能夠分解塑料的海洋微生物菌群后，團(tuán)隊又耗時約3年，剔除菌群中不起降解作用的微生物，才獲得精準(zhǔn)有效的“吃”塑料微生物。“在這個篩選過程中，一遍遍重復(fù)失敗，也曾想過放棄，慶幸的是最終堅持了下來。” 回顧多年來的科研經(jīng)歷，孫超岷團(tuán)隊成員、海洋所博士高蓉蓉不勝感慨。

其實，發(fā)現(xiàn)能有效降解塑料的海洋微生物已經(jīng)是一個成果，但推動成果轉(zhuǎn)化，他們還需要解決“降解速率”的現(xiàn)實問題。一般而言，微生物降解塑料是一個非常緩慢的過程，不會立竿見影——這也是國內(nèi)外極少有課題組對此進(jìn)行研究，即便研究目前也未取得突破性進(jìn)展的原因。孫超岷團(tuán)隊此前的研究同樣顯示：發(fā)現(xiàn)的海洋微生物雖然能夠降解塑料，但需要較長時間，甚至長達(dá)數(shù)月。

為攻克該難題，孫超岷團(tuán)隊加快實現(xiàn)能“吃”塑料海洋微生物的純培養(yǎng)，即實現(xiàn)只在單一種類存在的狀態(tài)下所進(jìn)行的生物培養(yǎng)。“海洋中存在大量未知的微生物，我們團(tuán)隊的一項重要工作，就是基于采集的海洋樣品，在實驗室里實現(xiàn)未知海洋微生物的純培養(yǎng)。海洋微生物若培養(yǎng)不出來，也就不可能了解它，更不可能利用它。” 孫超岷將他們海洋微生物的研究工作概括為 “三部曲”：培養(yǎng)、了解和利用。

簡而言之，在發(fā)現(xiàn)能夠分解塑料的“升級版”海洋微生物后，孫超岷團(tuán)隊首先實現(xiàn)了能“吃”塑料海洋微生物的純培養(yǎng)，繼而通過不斷改良培養(yǎng)條件，讓微生物加快分泌有利于降解塑料的酶種，如此大大提升了降解效率：一個月即可產(chǎn)生原來數(shù)月才能達(dá)到的降解效果，同時還拓寬了塑料降解譜，能夠有效降解PP、PS、PVC、PUR等多種塑料。“對于PUR塑料和生物可降解塑料來說，第二天就可以看到穿透效果，約一周時間則可實現(xiàn)完全變形、酥脆，兩周內(nèi)將其降解為碎片。” 孫超岷表示。

推動從塑料降解到高值化生物轉(zhuǎn)化

當(dāng)前，“塑料污染已成為一種流行病。”聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署提供的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，世界塑料產(chǎn)量從1950年的200萬噸飆升至2017年的3.48億噸，預(yù)計到2040 年產(chǎn)能將翻一番。每年約有1100萬噸塑料垃圾流入海洋。到2040年，這一數(shù)字可能會增加兩倍。塑料生產(chǎn)和污染正對地球這個人類賴以生存的星球在氣候變化、自然損失和污染方面造成“三重危機(jī)”并引發(fā)一場災(zāi)難。

從陸地到海洋，從最高的山峰到最深的海溝，塑料垃圾和污染已經(jīng)無處不在。在今年3月份舉行的第五屆聯(lián)合國環(huán)境大會續(xù)會上，來自175個國家的國家元首、環(huán)境部長和其他代表簽署了《終止塑料污染決議（草案）》，旨在2024年前結(jié)束塑料污染，制定一項涉及塑料整個生命周期的具有法律約束力的國際協(xié)議，推動全球塑料污染治理。

應(yīng)當(dāng)看到，在塑料的生產(chǎn)、設(shè)計以及處理等方面，國內(nèi)外都在積極進(jìn)行探索，但垃圾處置目前仍缺少優(yōu)異方案。“由于廢舊塑料種類繁多、回收降解反應(yīng)復(fù)雜，塑料垃圾中只有9%被回收，其余12%被焚燒，79%被填埋或者遺棄在了自然環(huán)境中。” 孫超岷說，塑料垃圾的處理方法主要有填埋、焚燒和利用微生物降解三種。只有微生物降解方式是綠色環(huán)保的，而該項研究還處于起步階段，距離產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用仍有一段距離。

當(dāng)前，孫超岷團(tuán)隊正在推動塑料降解方案“產(chǎn)業(yè)化”。這不僅是因為他們發(fā)現(xiàn)了能有效降解塑料的海洋微生物，同時研究還顯示，今年發(fā)現(xiàn)的、經(jīng)培養(yǎng)改良后的“吃”塑料海洋微生物不僅對環(huán)境無害，而且在降解塑料后其培養(yǎng)物能夠產(chǎn)生有效抑制多種病原菌的活性物質(zhì)。這意味著產(chǎn)業(yè)鏈上游可用于發(fā)展環(huán)境友好型塑料降解制品，下游生物基材料還可以用于生產(chǎn)抗生素等生物制品。

“我們正對該海洋微生物進(jìn)一步培養(yǎng)優(yōu)化，同時積極對接企業(yè)，努力實現(xiàn)對部分塑料（如聚酯型PUR）的工業(yè)級應(yīng)用，建立‘從塑料降解到高值化生物轉(zhuǎn)化’的一體化生物回收模式。”面對從“0”到“1”的課題，孫超岷也希望更多部門、企業(yè)、院校參與進(jìn)來，加快從基礎(chǔ)研究向?qū)嶋H應(yīng)用轉(zhuǎn)化，為我國塑料循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、可行的“海洋方案”。（記者  李勛祥）

來源：青島日報/觀海新聞

責(zé)任編輯：崔現(xiàn)香