世界上首次明確了各種生物降解性塑料(聚乳酸除外)在水深和環(huán)境不同的日本近海5個地點的深海底( 757 m~5，552 m )中均會被微生物降解。

從深海中發(fā)現(xiàn)了大量分解生物降解塑料的新降解微生物，這些微生物存在于世界各地的各種海底堆積物中。

被證實分解的生物降解性塑料在世界上的任何海域都會被分解，期待著對解決世界性的塑料海洋污染問題做出貢獻。

針對微塑料危害和生物塑料的降解情況，在3月13-15日鄭州舉辦的生物基與降解材料行業(yè)大會上，組委會邀請了甄光明博士（中國科學(xué)院寧波材料所客聘研究員）出席，并分享《微塑料危害對生物塑料政策及市場的影響》。歡迎掃上圖二維碼參加。

內(nèi)容概述

生物降解材料研究院報道，日本6家機構(gòu)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，這一發(fā)現(xiàn)是世界第一次。

這些研究機構(gòu)來自東京大學(xué)、海洋研究開發(fā)機構(gòu)、群馬大學(xué)、產(chǎn)品評價技術(shù)基礎(chǔ)機構(gòu)、產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所、日本生物塑料協(xié)會。

他們的試驗地點包括神奈川縣的三崎沖(水深757m)、靜岡縣的初島沖(水深855m) 、伊豆小笠原島弧海底火山附近的明神海丘（水深1292m）、黑潮續(xù)流域的深海平原（水深5503m）、日本最東端的南鳥島沖（水深5552m）。

研究人員觀察到生物降解塑料表面密密麻麻地附著了無數(shù)微生物，隨著時間的推移，樣品表面出現(xiàn)粗糙的凹凸不平，進行生物降解(圖1)。雖然深海的生物分解速度隨著水深的加深而變慢，但也確認(rèn)了在所有的深海底會被生物分解。通過計算還推測，在水深約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將在3周到2個月內(nèi)被生物降解。此次，通過菌群分析（16S rRNA基因放大器測序以及元基因組分析），還成功發(fā)現(xiàn)了大量能夠從深海中分解生物降解塑料的新降解微生物。此外，發(fā)現(xiàn)的分解微生物還存在于世界各地的各種海底堆積物中，被證實分解的生物降解性塑料可能會在世界上的任何深海中被分解。根據(jù)本研究成果，作為對抑制未來海洋塑料污染做出貢獻的優(yōu)秀素材，生物降解塑料的研究開發(fā)有望取得進展。

本研究成果刊登在國際科學(xué)專業(yè)雜志《Nature Communications》網(wǎng)絡(luò)版(日本時間2024年1月26日)上。

載人潛水調(diào)查船“深海6500”設(shè)置在深海底3個月后的生物降解性塑料樣品上，觀察到了馬林斯諾堆積的情況。在樣品表面附著的無數(shù)微生物的作用下，生物降解就像在樣品表面形成隕石坑一樣進行。

發(fā)表內(nèi)容

研究背景

據(jù)報道，目前全世界每年生產(chǎn)約4億噸塑料，每年約有800萬噸塑料垃圾流入海洋(science 347，768 (2015) )。 我們平時使用的以聚乙烯和聚丙烯為代表的通用塑料，是在山、河、湖、海的任何環(huán)境中都不分解的塑料。現(xiàn)在，人們希望開發(fā)出一種“生物可降解塑料”，它在任何環(huán)境下都可以通過微生物的作用完全分解為二氧化碳和水。

迄今為止，以聚乳酸和微生物生產(chǎn)的聚酯等為首的許多生物降解性塑料被開發(fā)出來，對堆肥的生物降解性以及土壤、河流、湖泊、淺海域等的環(huán)境生物降解性進行了評價。然而，在海洋塑料垃圾最終進入的深海環(huán)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，至今還沒有人證明。

研究內(nèi)容

本研究利用載人潛水調(diào)查船“深海6500”和自由落體式深海探測器“江戶子1號”，在深海放置生物分解性塑料和通用塑料3到14個月，根據(jù)這些樣品的重量和形狀的變化、特性 作為生物降解性塑料，研究了以微生物生產(chǎn)聚酯( PHA)和聚乳酸為首的生物降解性聚酯、還有PBAT、PBS、PBSA、PCL，PLLA，和以醋酸纖維素為首的多糖類酯衍生物。 同時，在面向漂浮塑料垃圾較多的東京灣的海洋研究開發(fā)機構(gòu)的岸壁(神奈川縣橫須賀市，水深約5m )也設(shè)置了同樣的樣品，進行了生物分解速度的比較。將設(shè)置在深海的樣品在3個月到14個月后撈出，進行了薄膜和注塑成型體的重量和厚度的變化、附著在表面的分解微生物的分析。結(jié)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。

比較深海和岸壁的生物分解速度(μg/cm2/day )，相對于岸壁的分解速度，水深1000m的深海約為五分之一到十分之一，水深5000 m的深海約為二十分之一(圖2(b) )。 這種生物分解速度的降低，除了水深變深引起的水壓和水溫等環(huán)境變化之外，還可能是微生物的存在量和多樣性減少造成的。 假設(shè)用此次實驗中使用的生物降解性塑料之一的微生物生產(chǎn)聚酯制作了塑料袋(一般厚度=15μm)，使用在初島海域(水深855m)的降解速度計算深海的降解時間，預(yù)計約3周到2個月就會降解(約50%)

使用掃描電子顯微鏡觀察深海設(shè)置的塑料表面的情況時，發(fā)現(xiàn)通用塑料和聚乳酸的樣品表面幾乎沒有微生物附著，而生物降解性塑料表面有大量微生物密集附著的情況(圖1)。 對附著微生物的菌群分析的結(jié)果顯示，深海設(shè)置后幾個月會附著好氧微生物，菌群會隨著時間變化為厭氧微生物(圖3)。 這可能是因為馬林斯諾隨著時間在樣品表面堆積，從好氧條件向厭氧條件變化。 對生活在樣品正下方海底堆積物中的微生物的菌群進行了分析，結(jié)果與處于厭氧條件下的樣品表面的菌群幾乎相同。

對附著在樣品表面微生物進行菌群分析和元基因組分析，將具有分解生物降解性塑料的微生物產(chǎn)生聚酯(PHA)分解酶、聚酯酶、果膠酶的基因的堿基序列的新微生物。發(fā)現(xiàn)的微生物存在于世界各地的海底堆積物中，此次被證實分解的生物降解性塑料不僅在日本近海，還會在世界各地的海域被生物降解。

據(jù)悉，在初島海域的深海底設(shè)置了4個月的薄膜表面只存在好氧微生物(藍色或綠色)，但14個月后厭氧微生物(粉紅色)成為主導(dǎo)地位。14個月后，薄膜表面的微生物菌群與海底沉積物中的菌群基本相同。新發(fā)現(xiàn)的微生物產(chǎn)生的聚酯(PHA)分解菌存在于世界各地的海底堆積物中，PHA在世界各地的海里被生物分解。

今后的展望

本研究證明，即使在海洋塑料垃圾最終會到達的深海底，生物降解性塑料也會被微生物分解。 塑料制品需要盡可能地回收、利用。 但是，不可能回收所有的塑料，很多東西會流到環(huán)境中。 因此，在不可避免地泄露到海洋的產(chǎn)品等中，適當(dāng)使用生物降解性塑料是必不可少的，可以說生物降解性塑料是對抑制未來海洋塑料污染做出貢獻的優(yōu)秀材料。今后，有望開發(fā)出高性能的海洋生物降解塑料，在使用中，該塑料可持續(xù)發(fā)揮優(yōu)異的物性，使用后，一旦泄露到海洋中就會開始降解，同時具有盡快降解的海洋降解塑料。

來源：生物降解材料研究院

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