大量塑料垃圾进入海洋后，能不能被深海微生物降解？降解过程会不会释放出新的污染物？这可能是被广泛关注的问题。近日，我所“深海微生物代谢机制与环境作用创新团队”（以下简称团队）报道了两类常见塑料垃圾的深海微生物降解过程。报道了深海沉积物中潜在降解菌多样性与代表性降解菌的降解机制，以及微生物塑料降解的负面作用。研究发现，深海细菌一方面确实参与了塑料的彻底降解，同时也促进了微塑料的形成与环境释放。相关研究先后在国际知名学术期刊《Environmental Microbiology》（中科院二区期刊，IF 5.1）和《Journal of Hazardous Materials》（中科院一区top期刊，IF 13.6）上发表。

1．深海沉积物中PET塑料降解菌多样性与降解机制初探

塑料难被生物降解，特别是在深海无光、低温、寡营养的极端环境中。那么，深海塑料垃圾是否会被深海细菌降解，其降解速度有多快？为回答这个问题，本团队开展了实验室深海环境模拟培养与降解菌富集。

聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET），是目前世界上最常用的聚酯类塑料，全球每年生产量近7000万吨，常用于饮料瓶、包装材料等。由于PET比重大于海水,容易沉降到海底，是深海环境中丰度最高的塑料类型之一。本研究采集来自西太平洋的深海沉积物（5000米左右水深），以PET为唯一碳源与能源在实验室富集一年后，获得了PET降解菌群，其优势降解菌包括Alcanivorax，Marinobacter，Salinisphaera和 Thalassospira；降解菌株分离与功能验证结果表明：通过扫描电镜观察，发现Marinobacter sediminum, Marinobacter gudaonensis, Thalassospira xiamenensis和Nocardioides marinus在PET表面上形成了生物膜，并致使塑料破损；30天内PET失重1.3%-1.8%（常温常压）；菌体的生长也证明了PET的彻底矿化或生物转化与再利用；每株菌降解产物中都有两种PET单体（MHET和TPA），说明PET降解过程发生了聚合物的解聚。该研究首次证明了深远海沉积物中存在PET塑料降解菌，它们在原位环境中可能缓慢降解沉到海底的塑料垃圾（图 1）。但原位环境下的降解速率以及降解微生物关键类群仍待进一步研究。

图1深海PET塑料降解菌多样性、降解过程与原位作用（简述图）

相关成果以“Biodegradation of polyethylene terephthalate (PET) by diverse marine bacteria in deep-sea sediments”为题发表在《Environmental Microbiology》（中科院二区期刊，IF 5.1）。

第一作者：赵素芳，为我所与哈尔滨工业大学联合培养博士研究生。通讯作者：邵宗泽研究员。

2. 微塑料和纳米塑料在聚苯乙烯塑料生物降解过程中的持续生成与释放

微塑料（< 5mm）对海洋生态系统造成了严重的威胁。一般认为，微塑料会通过塑料风化、紫外线照射、机械磨损和动物咀嚼等作用形成。我们推测，塑料垃圾的微生物降解过程中，可能会形成微塑料并释放到海洋环境造成负面影响。然而，这个过程及其环境贡献尚待证明。在对海洋塑料降解菌多样性前期研究基础上，本团队利用广泛分布的两株海洋细菌Alcanivorax xenomutans 和 Halomonas titanicae 来观察其对聚苯乙烯（PS）塑料生物降解与微塑料的形成过程。首先，实验再次验证了PS可被这两种海洋细菌降解。定性和定量分析发现，PS的形态和物理化学性质发生了明显变化；在生物降解过程中，有大量微塑料与纳塑料释放，30天内仅10mg 的PS片可以形成数百万的微塑料和纳米塑料（图 2）。尽管机械磨损也可能导致微塑料形成，但细菌侵蚀明显加速了塑料碎片化与微纳塑料形成。与机械作用相比，生物降解介导产生的微塑料其表面相对粗糙，且粒径小。同时zeta电位显示，微生物降解产生的微塑料负电荷绝对值较低，这可能是由于微生物降解过程中微塑料表面官能团（C=O、C-O）增加导致的。该研究为深入理解海洋微生物介导的塑料碎片化过程与纳米塑料来源及环境归宿提供了参考。

图2 深海细菌生物降解作用介导的塑料碎片化与微纳塑料形成过程

相关成果以“Continuous generation and release of microplastics and nanoplastics from polystyrene by plastic-degrading marine bacteria”为题发表《Journal of Hazardous Materials》（中科院一区top期刊，IF 13.6）。

第一作者：吕世伟，为我所与哈尔滨工业大学联合培养博士研究生。通讯作者：创新团队首席邵宗泽研究员与哈尔滨工业大学王全富教授。

两项研究得到了国家自然科学基金项目(No. 91851203和42030412)、大洋协会项目(DY-XZ-04、DY135-B2-01)、厦门海洋经济创新发展示范项目(16PZP001SF16)等项目的经费支持。项目负责人为邵宗泽研究员。

两篇论文已在线发表，论文链接为：

文章1: http://dx.doi.org/10.1111/1462-2920.16460

文章2: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2023.133339