什么？竟然有昆蟲(chóng)把塑料當(dāng)作美味！

對(duì)的，你沒(méi)有看錯(cuò)，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了很多愛(ài)“吃”塑料的昆蟲(chóng)，并對(duì)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(tuán)隊(duì)系統(tǒng)綜述了昆蟲(chóng)及其腸道共生菌在塑料生物降解中的獨(dú)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(guó)際昆蟲(chóng)學(xué)英文刊物《昆蟲(chóng)科學(xué)》。

那么，這些昆蟲(chóng)為何能練就“吃掉”塑料的獨(dú)門(mén)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(chóng)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(chóng)、蠟蛾等昆蟲(chóng)展現(xiàn)出了消化聚乙烯、聚苯乙烯等常見(jiàn)塑料的能力，而這背后，昆蟲(chóng)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(chóng)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(dòng)桿菌等。

“在塑料與昆蟲(chóng)腸道共生菌相遇之前，昆蟲(chóng)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(chóng)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(chóng)代謝的分子。”孫建中說(shuō)。

昆蟲(chóng)腸道共生菌能夠分泌酯酶、脂肪酶、過(guò)氧化物酶、漆酶等酶類(lèi)，特異性地作用于塑料分子的化學(xué)鍵，促進(jìn)化學(xué)鍵的斷裂和轉(zhuǎn)化。例如，漆酶和過(guò)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(chóng)腸道共生菌生長(zhǎng)的碳源。

此外，除了昆蟲(chóng)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(lèi)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(duì)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(lèi)在塑料聚合物降解過(guò)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(duì)環(huán)境的污染問(wèn)題日益嚴(yán)峻，已成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)。據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，目前全球每年生產(chǎn)超過(guò)3.3億噸塑料，預(yù)計(jì)到2050年，這一數(shù)字將增加兩倍。

既然昆蟲(chóng)腸道共生菌能“吃掉”塑料，那么人們是否能對(duì)其加以利用，從而大量消解塑料垃圾呢？

針對(duì)這一問(wèn)題，孫建中指出，昆蟲(chóng)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(dòng)輒數(shù)十年甚至上百年的降解時(shí)間相比，雖然昆蟲(chóng)腸道共生菌對(duì)塑料的降解速度相對(duì)較快，但仍然難以滿(mǎn)足實(shí)際需求。僅僅依靠昆蟲(chóng)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?xún)?yōu)化塑料降解過(guò)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(huì)通過(guò)基因工程對(duì)細(xì)菌進(jìn)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(duì)多種可分解塑料的酶進(jìn)行優(yōu)化組合，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)塑料垃圾的高效治理。

孫建中表示，未來(lái)科學(xué)家將繼續(xù)尋找具有塑料降解能力的昆蟲(chóng)腸道共生菌，同時(shí)通過(guò)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(lèi)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。“如今，一些酶已經(jīng)能夠做到實(shí)驗(yàn)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(shuō)。

“我們不僅要推動(dòng)塑料降解的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)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。”孫建中說(shuō)。

在生物降解塑料技術(shù)方面，研究人員一直在進(jìn)行探索。

前不久，孫建中團(tuán)隊(duì)完成了“基于過(guò)程仿生的木質(zhì)纖維素高值化產(chǎn)品開(kāi)發(fā)”項(xiàng)目的產(chǎn)業(yè)化示范驗(yàn)收，成功將農(nóng)作物秸稈中的纖維素/半纖維素，通過(guò)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(xiàng)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(zhǎng)張東遠(yuǎn)說(shuō)，“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(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先。”

近期，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院相關(guān)團(tuán)隊(duì)通過(guò)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(guó)家有關(guān)部門(mén)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。

（記者 張 曄 實(shí)習(xí)生 陳 茜）

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