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世界上第一次证明:生物降解塑料在深海中也能被降解

来源:中国合成树脂网 2024-03-11 11:27:38

世界上首次明确了各种生物降解性塑料(聚乳酸除外)在水深和环境不同的日本近海5个地点的深海底( 757 m~5,552 m )中均会被微生物降解。

从深海中发现了大量分解生物降解塑料的新降解微生物,这些微生物存在于世界各地的各种海底堆积物中。

被证实分解的生物降解性塑料在世界上的任何海域都会被分解,期待着对解决世界性的塑料海洋污染问题做出贡献。

针对微塑料危害和生物塑料的降解情况,在3月13-15日郑州竞彩篮球投注,竞彩篮球app的生物基与降解材料行业大会上,组委会邀请了甄光明博士(中国科学院宁波材料所客聘研究员)出席,并分享《微塑料危害对生物塑料政策及市场的影响》。欢迎扫上图二维码参加。

内容概述

生物降解材料研究院报道,日本6家机构共同宣布,生物降解塑料 (聚乳酸除外)即使在深海也能被微生物分解,这一发现是世界第一次。

这些研究机构来自东京大学、海洋研究开发机构、群马大学、产品评价技术基础机构、产业技术综合研究所、日本生物塑料协会。

他们的试验地点包括神奈川县的三崎冲(水深757m)、静冈县的初岛冲(水深855m) 、伊豆小笠原岛弧海底火山附近的明神海丘(水深1292m)、黑潮续流域的深海平原(水深5503m)、日本最东端的南鸟岛冲(水深5552m)。

研究人员观察到生物降解塑料表面密密麻麻地附着了无数微生物,随着时间的推移,样品表面出现粗糙的凹凸不平,进行生物降解(图1)。虽然深海的生物分解速度随着水深的加深而变慢,但也确认了在所有的深海底会被生物分解。通过计算还推测,在水深约1000m的深海底,用本研究中使用的生物降解性塑料制作的塑料袋将在3周到2个月内被生物降解。此次,通过菌群分析(16S rRNA基因放大器测序以及元基因组分析),还成功发现了大量能够从深海中分解生物降解塑料的新降解微生物。此外,发现的分解微生物还存在于世界各地的各种海底堆积物中,被证实分解的生物降解性塑料可能会在世界上的任何深海中被分解。根据本研究成果,作为对抑制未来海洋塑料污染做出贡献的优秀素材,生物降解塑料的研究开发有望取得进展。

本研究成果刊登在国际科学专业杂志《Nature Communications》网络版(日本时间2024年1月26日)上。

载人潜水调查船“深海6500”设置在深海底3个月后的生物降解性塑料样品上,观察到了马林斯诺堆积的情况。在样品表面附着的无数微生物的作用下,生物降解就像在样品表面形成陨石坑一样进行。

发表内容

研究背景

据报道,目前全世界每年生产约4亿吨塑料,每年约有800万吨塑料垃圾流入海洋(science 347,768 (2015) )。 我们平时使用的以聚乙烯和聚丙烯为代表的通用塑料,是在山、河、湖、海的任何环境中都不分解的塑料。现在,人们希望开发出一种“生物可降解塑料”,它在任何环境下都可以通过微生物的作用完全分解为二氧化碳和水。

迄今为止,以聚乳酸和微生物生产的聚酯等为首的许多生物降解性塑料被开发出来,对堆肥的生物降解性以及土壤、河流、湖泊、浅海域等的环境生物降解性进行了评价。然而,在海洋塑料垃圾最终进入的深海环境中,生物降解塑料是否真的能被生物降解,或者深海中是否存在能降解生物降解塑料的微生物,至今还没有人证明。

研究内容

本研究利用载人潜水调查船“深海6500”和自由落体式深海探测器“江户子1号”,在深海放置生物分解性塑料和通用塑料3到14个月,根据这些样品的重量和形状的变化、特性 作为生物降解性塑料,研究了以微生物生产聚酯( PHA)和聚乳酸为首的生物降解性聚酯、还有PBAT、PBS、PBSA、PCL,PLLA,和以醋酸纤维素为首的多糖类酯衍生物。 同时,在面向漂浮塑料垃圾较多的东京湾的海洋研究开发机构的岸壁(神奈川县横须贺市,水深约5m )也设置了同样的样品,进行了生物分解速度的比较。将设置在深海的样品在3个月到14个月后捞出,进行了薄膜和注塑成型体的重量和厚度的变化、附着在表面的分解微生物的分析。结果表明,通用塑料和聚乳酸完全不降解,而除聚乳酸外,其他可生物降解的聚酯和多糖酯衍生物在任一深海底都能降解。

比较深海和岸壁的生物分解速度(?g/cm2/day ),相对于岸壁的分解速度,水深1000m的深海约为五分之一到十分之一,水深5000 m的深海约为二十分之一(图2(b) )。 这种生物分解速度的降低,除了水深变深引起的水压和水温等环境变化之外,还可能是微生物的存在量和多样性减少造成的。 假设用此次实验中使用的生物降解性塑料之一的微生物生产聚酯制作了塑料袋(一般厚度=15?m),使用在初岛海域(水深855m)的降解速度计算深海的降解时间,预计约3周到2个月就会降解(约50%)

使用扫描电子显微镜观察深海设置的塑料表面的情况时,发现通用塑料和聚乳酸的样品表面几乎没有微生物附着,而生物降解性塑料表面有大量微生物密集附着的情况(图1)。 对附着微生物的菌群分析的结果显示,深海设置后几个月会附着好氧微生物,菌群会随着时间变化为厌氧微生物(图3)。 这可能是因为马林斯诺随着时间在样品表面堆积,从好氧条件向厌氧条件变化。 对生活在样品正下方海底堆积物中的微生物的菌群进行了分析,结果与处于厌氧条件下的样品表面的菌群几乎相同。

对附着在样品表面微生物进行菌群分析和元基因组分析,将具有分解生物降解性塑料的微生物产生聚酯(PHA)分解酶、聚酯酶、果胶酶的基因的碱基序列的新微生物。发现的微生物存在于世界各地的海底堆积物中,此次被证实分解的生物降解性塑料不仅在日本近海,还会在世界各地的海域被生物降解。

据悉,在初岛海域的深海底设置了4个月的薄膜表面只存在好氧微生物(蓝色或绿色),但14个月后厌氧微生物(粉红色)成为主导地位。14个月后,薄膜表面的微生物菌群与海底沉积物中的菌群基本相同。新发现的微生物产生的聚酯(PHA)分解菌存在于世界各地的海底堆积物中,PHA在世界各地的海里被生物分解。

今后的展望

本研究证明,即使在海洋塑料垃圾最终会到达的深海底,生物降解性塑料也会被微生物分解。 塑料制品需要尽可能地回收、利用。 但是,不可能回收所有的塑料,很多东西会流到环境中。 因此,在不可避免地泄露到海洋的产品等中,适当使用生物降解性塑料是必不可少的,可以说生物降解性塑料是对抑制未来海洋塑料污染做出贡献的优秀材料。今后,有望开发出高性能的海洋生物降解塑料,在使用中,该塑料可持续发挥优异的物性,使用后,一旦泄露到海洋中就会开始降解,同时具有尽快降解的海洋降解塑料。

来源:生物降解材料研究院

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