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我所“深海微生物代谢机制与环境作用创新团队”首次报道海洋苯乙烯塑料(PS)降解微生物及其代谢机制

文章来源: 发布时间:2023-01-03 阅读次数:1600

近日,我所深海微生物创新团队在环境领域重要学术期刊《Journal of Hazardous Materials》(中科院一区TOP期刊,IF 14.2)上发表了题为“Biodegradation of polystyrene (PS) by marine bacteria in mangrove environment”的研究论文。该文丰富了塑料降解微生物的多样性,也是海洋PS塑料降解微生物的首次报道。

聚苯乙烯(PS)是海洋环境中最常见的塑料污染物之一。其微塑料在近海、深海环境以及海洋动物体内分布广泛。塑料污染对海洋生态系统构成了严重的威胁,其在海洋环境归宿是国际关注的重要科学问题。但国内外目前对海洋环境中塑料降解微生物多样性与环境作用的认识非常缺乏。为获得海洋塑料降解微生物资源,评价其在海洋环境自净中的作用,创新团队近年来围绕深海、近海等多种海洋海洋环境塑料微生物开展了系统研究,发现并获得了多种塑料的降解微生物,并开展了代谢机制研究。

本文通过红树林发泡型PS塑料(Expanded PS,EPS)垃圾现场采样与实验室分析,获得了多个PS降解菌群,证明了PS可以作为唯一碳源与能源被多种海洋降解利用。在PS表面形成生物膜,发现细菌群落中Sphingomonadaceae, Rhodanobacteraceae, Rhizobiaceae, Dermacoccaceae, Rhodocyclaceae, Hyphomicrobiaceae, 和Methyloligellaceae等7个科的细菌参与了PS降解。为进一步验证其降解活性,成果在实验室分离获得了9个属的降解细菌,包括Novsphingobium、Gordonia、Stappia、Mesobacillus、Alcanivorax、Flexivirga、Cytobacillus、Thioclava和Thalassospira。进一步对Novsphingobium和Gordonia 的两株菌进行了降解活性测定,发现30天内降解率分别为2.66% 与 7.73%。代谢产物分析表明,PS微生物降解是通过氧化途径进行的。研究结果为进一步认识海洋塑料降解微生物的环境作用、开发利用塑料降解微生物资源提供了参考。

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图1. 多个红树林来源的海洋PS塑料降解菌群及其细菌组成

不同PS塑料降解菌群中,自由生长 细菌(标-Y3)与PS表面生物膜定殖生长细菌(标-P3)的多样性组成(共10组)。

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图2 PS富集菌群的微生物网络分析。

通过关键OTU分析发现,PS菌群中的关键微生物(节点)属于以下8个目的细菌,包括 Pseudomonadales, Rhodobacterales, Sphingomononadales, Oceanospirillales,  Rhizobiales,Flavobacteriales,Balneolales,Dermacoccales。

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图3. 三株Gordonia spp. (ZN14R1, ZN15R9和ZN17RX)和1株Novosphingobium sp. ZN18A2S的PS塑料降解表征。图A与图B,SEM观察附着在PS上形成生物膜的定居菌落与未接种的PS (CK)相比;图C,去除细菌生物膜后,展示出塑料表面的破损。

论文第一作者:刘仁菊,为自然资源部第三海洋研究所与哈尔滨工业大学环境学院联合培养的博士研究生(2020级);通讯作者为自然资源部第三海洋研究所邵宗泽研究员与哈尔滨工业大学闫培生教授。该论文在海洋三所自然资源部海洋生物遗传资源重点实验室完成。论文已在线发表(https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2022.130056),并将于2023年正式发表。

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