1869年，美國(guó)人J.W.海厄特發(fā)現(xiàn)在硝酸纖維素中加入樟腦和少量酒精可制成一種可塑性物質(zhì)，熱壓下可成型為塑料制品，命名為賽璐珞。從此算起，塑料工業(yè)迄今已有120年的歷史。 塑料給人類的生活帶來(lái)了許多好處，它們廉價(jià)、輕便、多用，已經(jīng)成為現(xiàn)代生產(chǎn)生活無(wú)處不在的主要材料。并且這些需求還在不斷增長(zhǎng)，艾倫·麥克阿瑟基金會(huì)“新塑料經(jīng)濟(jì)倡議”負(fù)責(zé)人羅伯·奧普索默此前在接受媒體采訪時(shí)表示，對(duì)塑料的需求到2030年可能還要翻一番。
但在享受塑料給日常生活帶來(lái)的便利的同時(shí)，塑料垃圾帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題也備受關(guān)注。多數(shù)塑料都被填埋或進(jìn)入海洋環(huán)境，而進(jìn)入環(huán)境的塑料廢棄物卻給野生動(dòng)植物和生態(tài)系統(tǒng)帶來(lái)了傷害。
如何處理這些塑料垃圾，已經(jīng)成為全球各國(guó)共同關(guān)心的重點(diǎn)問(wèn)題之一。
生物降解成熱點(diǎn)
中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所許建初團(tuán)隊(duì)近日宣布，在塑料生物降解領(lǐng)域取得重大突破——發(fā)現(xiàn)了塔賓曲霉菌對(duì)聚氨基甲酸酯的生物降解作用。這項(xiàng)研究成果以《塔賓曲霉菌(Aspergillustubingensis)對(duì)聚氨基甲酸酯的生物降解》為題，發(fā)表在國(guó)際主流環(huán)境污染(Environmental Pollution)雜志上。
在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者采訪時(shí)，許建初表示，之所以會(huì)選擇這個(gè)研究課題，正是看到了工業(yè)合成塑料的生產(chǎn)與使用已經(jīng)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重的危害。他介紹說(shuō)，聚氨基甲酸酯(PU)是一種新興的有機(jī)高分子材料，也是現(xiàn)代塑料工業(yè)中發(fā)展最快的品種之一，廣泛用于工業(yè)、醫(yī)療、建筑和汽車等領(lǐng)域，被譽(yù)為“第五大塑料”。我們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ姷呐菽芰?、海綿和汽車墊子等，都是PU制成。
“全球聚氨基甲酸酯(PU)年產(chǎn)量估計(jì)約為800萬(wàn)噸(Mt)，并且逐年增加。這些不可降解的聚氨基甲酸酯垃圾導(dǎo)致了土壤和水體的污染，并最終進(jìn)入海洋生態(tài)系統(tǒng)。而傳統(tǒng)的填埋和焚燒法占用大量土地資源，影響土質(zhì)結(jié)構(gòu)及大氣環(huán)境，極易造成二次生態(tài)污染。”
科學(xué)家們想盡各種辦法研究對(duì)聚氨酯材料的化學(xué)降解，目前聚氨酯材料的化學(xué)降解主要包括水解、熱降解、光降解等，但這類降解成本高且易產(chǎn)生二次污染。
為了解決“白色污染”問(wèn)題，使人類社會(huì)和自然環(huán)境可持續(xù)發(fā)展，使用生物方法降解塑料成為當(dāng)今的研究熱點(diǎn)。
吃塑料的塔賓曲霉菌
在此之前，2016年，日本京都科技大學(xué)(Kyoto Institute of Technology)小田耕平(KoheiOda)課題組就曾報(bào)道發(fā)現(xiàn)了一種相當(dāng)有潛質(zhì)的處理塑料的微生物，將其命名為Ideonellasakaiensis，該成果發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。
無(wú)論是之前小田耕平的研究，還是此次許建初團(tuán)隊(duì)的研究，基本策略大致相似：從塑料垃圾密集的地方著手，發(fā)現(xiàn)那些以此為食的“小家伙”。
從位于巴基斯坦伊斯蘭堡垃圾堆集地區(qū)采集到干凈的土壤樣品后，將其放入滅菌盆中，與高純度聚氨酯(PU)薄膜混合在一起，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)了能夠降解PU的塔賓曲霉菌。
許建初解釋說(shuō)，塔賓曲霉菌可以在聚氨酯表面生長(zhǎng)，并通過(guò)生長(zhǎng)過(guò)程中產(chǎn)生的酶和塑料發(fā)生生物反應(yīng)，破壞塑料分子間或聚合物間的化學(xué)鍵;同時(shí)，這一真菌還利用了其菌絲的物理強(qiáng)度，幫助“掰開”塑料聚合物。在塔賓曲霉菌作用下，原本在自然環(huán)境中難以降解的塑料，兩周就可以明顯看到生物降解過(guò)程，兩個(gè)月后其培養(yǎng)基上的塑料聚合物基本消失。
與之前小田耕平團(tuán)隊(duì)的研究相比，二者都是關(guān)于微生物生物降解有機(jī)塑料聚合物的研究，并且降解效率類似。
但同時(shí)也存在以下三點(diǎn)不同：首先塔賓曲霉菌是真菌，而Ideonellasakaiensis是細(xì)菌;其次所降解的塑料材料不同，許建初團(tuán)隊(duì)研究降解的是聚氨酯(PU)，而小田耕平團(tuán)隊(duì)是聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET);第三，Ideonellasakaiensis是首次發(fā)現(xiàn)的新種，由研究團(tuán)隊(duì)自己命名，而塔賓曲霉菌并不是首次發(fā)現(xiàn)及命名，卻是首次發(fā)現(xiàn)其有降解塑料的能力。
或成治污利器
談及目前塑料垃圾處理的兩個(gè)主要方向，許建初告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者：一是發(fā)現(xiàn)具備降解塑料垃圾能力的關(guān)鍵微生物和關(guān)鍵酶，并推廣至大規(guī)模生產(chǎn);另一個(gè)是可生物降解的塑料的研發(fā)，主要通過(guò)聚合淀粉、二氧化碳等可降解小分子來(lái)生產(chǎn)塑料制品。
“而其中真菌分解具備自己的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。相比較其他傳統(tǒng)處理方式，真菌分解能夠完全將聚合物降解成小分子，占地少，不會(huì)形成二次污染。并且其生產(chǎn)的小分子物質(zhì)可被其他生物體重新吸收利用。”
從已經(jīng)發(fā)表的論文簡(jiǎn)介中看，研究成果已經(jīng)在飽受白色污染困擾的巴基斯坦首都伊斯蘭堡展開了具體實(shí)踐性的試驗(yàn)。許建初告訴記者，以目前的研究來(lái)看，塔賓曲霉菌具有廣闊的應(yīng)用前景，“它屬于可培養(yǎng)真菌，培養(yǎng)條件并不苛刻。并且降解速率較快且效果明顯，適用于以后大規(guī)模生產(chǎn)。目前尚處于實(shí)驗(yàn)室小批量培養(yǎng)階段，一旦了解清楚其中的機(jī)制機(jī)理，便可適用于大批量試驗(yàn)”。
在真正成為“治污利器”之前，許建初認(rèn)為，還需要解決以下四個(gè)主要問(wèn)題：真菌的大批量生產(chǎn)、塑料垃圾的分類和前處理、真菌培養(yǎng)條件的建立以及對(duì)其中關(guān)鍵酶和機(jī)制的了解。
許建初強(qiáng)調(diào)說(shuō)：“真菌降解的塑料有其特異性，另外對(duì)塑料的成分結(jié)構(gòu)可能也有特定的要求。此外，真菌降解塑料的能力受環(huán)境因子如溫度、酸堿度等的影響;并且在自然環(huán)境中，該過(guò)程可能受到其他微生物的抑制。”
資料來(lái)源：科學(xué)網(wǎng) . 中塑在線
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