1、第40卷第2期2023年3月新疆大学学报（自然科学版）（中英文）Journal of Xinjiang University(Natural Science Edition in Chinese and English)Vol.40,No.2Mar.,2023残留聚乙烯地膜降解菌株的筛选及降解特性研究邢祥祥1，伍杰毅1，赵鲁玉1，宋天赐1，黄婷婷1，岳海涛1,2(1.新疆大学 生命科学与技术学院，新疆 乌鲁木齐 830017；2.新疆大学 未来技术学院，新疆 乌鲁木齐 830017)摘要：聚乙烯农用地膜在干旱与半干旱地区的作物种植中广泛应用，随之而来的地膜残留及其分解产生的微塑料与纳米塑料不断
2、富集污染环境问题日益严重 为探索微生物降解聚乙烯残留地膜治理途径，以正十六烷为唯一碳源进行初筛，以聚乙烯为唯一碳源进行复筛，从3种类型共10个样品中筛选出8株聚乙烯降解菌株，分别隶属肠杆菌属（Enterobacter）、肠球菌属（Enterococcus）、寡氧单胞菌属（Stenotrophomonas）等，8株聚乙烯降解菌株的30 d降解率在0.22%8.76%之间 为评估紫外线照射对菌株降解率的影响，接种Enterobacter sp.GF21结合紫外线照射，观测聚乙烯地膜的降解情况，紫外线照射168 h实验组与照射1 h实验组相比，降解率由1.11%增加至2.29%通过扫描电镜观察聚乙烯
3、地膜表面的微观形貌，采用傅里叶红外光谱观察官能团的变化，结果表明：降解后聚乙烯地膜表面出现了裂痕状破损，接菌处理实验组有羰基官能团的形成，C-O振动峰与C-H振动峰发生了消减关键词：聚乙烯；农用地膜；生物降解；肠杆菌DOI：10.13568/ki.651094.651316.2022.05.14.0001中图分类号：Q939.97文献标识码：A文章编号：2096-7675(2023)02-0231-011引文格式：邢祥祥,伍杰毅,赵鲁玉,宋天赐,黄婷婷,岳海涛.残留聚乙烯地膜降解菌株的筛选及降解特性研究J.新疆大学学报(自然科学版)(中英文),2023,40(2):231-241.英文引文格式
4、：XING Xiangxiang,WU Jieyi,ZHAO Luyu,SONG Tianci,HUANG Tingting,YUE Haitao.Screen-ing and degradation characteristics of residual polyethylene film degrading strainsJ.Journal of Xinjiang Univer-sity(Natural Science Edition in Chinese and English),2023,40(2):231-241.Screening and Degradation Character
5、istics of ResidualPolyethylene Film Degrading StrainsXING Xiangxiang1,WU Jieyi1,ZHAO Luyu1,SONG Tianci1,HUANG Tingting1,YUE Haitao1,2(1.School of Life Science and Technology,Xinjiang University,Urumqi Xinjiang 830017,China;2.School of Future Technology,Xinjiang University,Urumqi Xinjiang 830017,Chin
6、a)Abstract：Polyethylene(PE)agricultural mulch is widely used in crop cultivation in arid and semi-arid regions,and the ensuing problem of environmental pollution from the continuous enrichment of mulch residues and micro-and nano-plastics generated by its decomposition is becoming increasingly serio
7、us.In order to explore the ways ofmicrobial degradation of polyethylene residual mulch,this study conducted a primary screening with n-hexadecaneas the sole carbon source and a secondary screening with polyethylene as the sole carbon source,and screenedeight polyethylene degrading strains belonging
8、to Enterobacter,Enterococcus and Stenotrophomonas,etc.from atotal of 10 samples of 3 types,respectively,the 30 d degradation rates of the eight polyethylene degrading strainsranged from 0.22%to 8.76%.To evaluate the effect of UV irradiation on the degradation rate of the strains,thedegradation of po
9、lyethylene film was observed by inoculation with Enterobacter sp.GF21 in combination withUV irradiation,and the degradation rate increased from 1.11%to 2.29%in the experimental group with 168 h ofUV irradiation compared with the experimental group with 1 h of irradiation.The microscopic morphology o
10、f thepolyethylene film surface was observed by scanning electron microscopy,and the changes of functional groups were收稿日期：2022-05-14基金项目：国家自然科学基金“多组学挖掘干旱区细菌耐盐碱胁迫功能基因及生物元件”（U2003305），“以碱性纤维素溶液为基质生产可降解地膜用P3HB4HB材料研究”（31860018）；新疆维吾尔自治区天山创新团队项目“合成生物学与微生物代谢工程”（2020D14022）；新疆维吾尔自治区杰出青年科技人才培养计划“耐盐碱细菌抗逆细胞工
11、厂设计与构建”（2020Q02）作者简介：邢祥祥（1997-），男，硕士生，从事聚乙烯残留物降解微生物的研究，E-mail:通讯作者：岳海涛（1980-），男，博士，副教授，主要从事合成生物学与生物材料的研究，E-mail:232新疆大学学报（自然科学版）（中英文）2023年observed by Fourier infrared spectroscopy,the results showed that the surface of the degraded polyethylene filmshowed a crack-like breakage,and the formation of c
12、arbonyl functional groups and the ablation of C-O and C-Hvibrational peaks occurred in the inoculated experimental group.Key words：polyethylene;agricultural mulch film;biodegradation;Enterobacter sp.0引 言聚乙烯（Polyethylene,PE）塑料发明于20世纪30年代，因其优良的材料可塑性，相关制品已广泛应用于各个领域 近年来，废弃聚乙烯塑料制品造成的白色污染问题日益受到关注，从自然环境中筛选
13、具有聚乙烯降解能力的微生物资源、挖掘相关的酶和功能元件是学术界和环保产业界广泛重视的研究热点已报道的聚乙烯降解微生物的研究中，降解菌株主要从富集聚乙烯底物环境（如废弃塑料样品、受塑料污染土壤、定向喂食塑料的昆虫肠道等）、聚乙烯结构类似物中筛选获得如Soleimani等1从塑料垃圾填埋场筛选得到17株聚乙烯降解菌，其中1株链霉菌60 d降解率达9.5%Tribedi等2从塑料固体废弃物筛选出的假单胞菌在45 d内聚乙烯降解率达到5%Gao等3在塑料废物样品中发现了能够有效定殖和降解聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚乙烯的海洋细菌群落Han等4从农业土壤中分离出6株聚乙烯降解菌株，90 d的降解率在0.22
14、%0.49%之间Nowak等5研究发现聚乙烯在不同土壤中被微生物降解后重量损失在0.03%0.28%之间Kavitha等6从土壤中筛选出的芽孢杆菌在30 d内可使聚乙烯失重6.68%Hadad等7从土壤中分离出1株能够利用支链低密度聚乙烯作为唯一碳源并对其进行降解的嗜热短杆菌，50培养30 d可使聚乙烯重量和分子量分别降低11%和30%Yang等8从蜡蛾幼虫肠道中分离筛选出肠杆菌YT1和芽孢杆菌YP1，2株细菌经过60 d分别能降解约6.1%和10.7%的聚乙烯薄膜Bombelli等9报道了以蜂蜡为食的蜡螟幼虫对聚乙烯的生物降解Yang等10探究了黄粉虫幼虫对聚苯乙烯等塑料混合物的生物降解 这
15、些研究丰富了对微生物降解聚乙烯塑料废弃物的认识，逐渐探索出微生物治理塑料污染的有效途径处于干旱和半干旱地区的新疆是中国重要的植棉区，自1980年推广使用聚乙烯地膜以来，目前农田地膜覆盖比已高达80%，达到35万公顷11，是中国使用聚乙烯地膜面积最大的省份12 用于作物覆盖的地膜使用后通过机械回收，然而由于新疆广泛使用的弹齿式残膜回收机结构简单、回收率低，往往只能回收大片塑料地膜，没有回收彻底的地膜碎片堆积在农田中不断富集13 残留地膜会影响土壤中水分和养分的运输，破坏土壤物理结构14，地膜残留对作物出苗和根系生长也会产生不良影响 一些研究表明，残留地膜的不断积累可能会对陆地土壤中的昆虫及动物产
16、生不利影响，包括弹尾虫1516、蚯蚓1719、线虫20和小鼠21等 此外，较大的残膜碎片还会原位降解为微塑料与纳米塑料进入农田土壤生态系统，可能会通过食物链传递对人类造成潜在危害22为解决碎片化残膜污染问题，受前人研究启发，我们从新疆荒漠、盐湖、高原、农田等生态环境中采集了富集聚乙烯废弃物底物样品、无（寡）聚乙烯底物样品、自然界存在的聚乙烯结构类似物共3类环境样品，采用通用细菌分离方法从上述样品中获得纯培养菌株，通过单一碳源培养基连续限制性筛选，以期获得聚乙烯降解菌株 此外，根据新疆日照时数长、紫外线强烈、年日照时长达2 5003 500 h的现实情况23 综合考虑紫外线照射可以改变聚乙烯的结晶度，在聚合物表面形成羧基、羰基和羟基等氧化基团，可能会促进微生物对聚乙烯的降解2426 为模拟田间及野外环境下菌株对聚乙烯地膜的生物降解效果，采用紫外线照射对聚乙烯地膜进行前处理，再接种聚乙烯降解菌株，评估紫外线照射对菌株的生物降解是否有促进作用1材料和方法1.1实验材料正十六烷购于上海源叶生物科技有限公司，聚乙烯地膜购于中化塑料有限公司 富集聚乙烯底物样品包括从戈壁荒漠采集的废弃塑料瓶（含部分