聚丙烯降解菌的筛选、鉴定及其降解效能研究

引言

聚丙烯（PP）作为广泛使用的热塑性聚合物，因其难自然降解的特性，在环境中持续积累，尤其是微塑料对生态系统和人类健康构成严重威胁。生物降解技术因环境友好、可持续的优势备受关注，而复合菌剂凭借多样代谢途径和协同作用，在塑料降解中潜力突出。当前多数 PP 生物降解研究存在效率低、周期长的问题，因此本研究聚焦于从活性污泥中筛选 PP 降解菌，构建复合菌剂并探究其降解特性、机制与效能，以期为 PP 污染治理提供有效解决方案。

图 1 通过 16S rRNA 基因序列构建了 4 株分离菌株（PP-1 至 PP-4）与近缘种的系统发育树，其中：

• PP-1（嗜麦芽窄食单胞菌）与参考菌株Stenotrophomonas maltophilia cp17（JN082269）序列相似性达 99.93%，在进化分支中高度聚类；

• PP-2（蜡状芽孢杆菌）与Bacillus cereus BQ35（OM534584）序列相似性 100%，与同属菌株形成稳定进化分支；

• PP-3（农杆菌）与Agrobacterium sp. AFS032563（OP986569）相似性 99.92%，进化关系紧密；

• PP-4（大豆曲霉菌）与Aspergillus sojae AM883158 相似性 100%，与曲霉属已知菌株聚类显著。

系统发育树结果从分子水平证实了 4 株菌株的分类地位，且其与已知具有降解功能的微生物高度同源，为后续降解试验提供了菌株有效性依据。这一结果表明，从塑料生产企业活性污泥中筛选的菌株，因长期处于 PP 污染环境，可能通过适应性进化获得了降解 PP 的能力，为构建高效复合菌剂奠定了菌株基础。

图 2 为复合菌剂在以 PP 为唯一碳源的无机盐培养基中的生长动态曲线，横坐标为培养时间（0-60d），纵坐标为菌液光密度（OD₆₀₀）：

对照组（未接种菌剂）OD₆₀₀始终维持在 0.044 左右，无明显生长；

处理组（接种复合菌剂）0-20d 处于指数生长阶段，OD₆₀₀从 0.045 升至 0.175，增长幅度达 288.9%；20d 后进入稳定期并逐渐下降，试验结束时 OD₆₀₀仍高于初始值。

生长曲线的差异清晰反映了复合菌剂对 PP 的利用能力：指数生长期的快速增殖，表明菌群可将 PP 作为唯一碳源和能源，通过代谢活动实现自身生长，间接证明 PP 被逐步降解；20d 后生长放缓，可能因 PP 降解产生的可利用小分子物质减少，或菌群代谢产物积累抑制生长。这一结果突破了 “PP 需预处理才能被微生物利用” 的传统认知，证实复合菌剂可直接降解 PP，为实际应用简化了操作流程。

图 3 为扫描电子显微镜（SEM）下对照组与处理组 PP 的表面形貌（放大倍数 3500 倍）：

对照组（图 3 (a)）PP 表面光滑平整，无明显损伤、裂缝或凹痕，仅存在少量杂质（经清洗后残留）；

处理组（图 3 (b)）PP 表面出现显著的不规则侵蚀，形成深浅不一的裂缝和凹槽，部分区域呈现 “蜂窝状” 结构，且表面可见微生物黏附痕迹（生物膜雏形）。

SEM 图像的差异直接证实了复合菌剂对 PP 的物理侵蚀作用：菌群通过分泌胞外酶（如酯酶、氧化酶）在 PP 表面定殖，酶分子与 PP 链接触并催化降解，导致表面结构破坏；裂缝和凹槽的形成不仅增加了 PP 与微生物的接触面积，还为酶分子渗透提供通道，进一步加速降解。这一结果与 “表面侵蚀是 PP 生物降解初始步骤” 的理论一致，为后续化学结构变化提供了物理层面的解释。