【摘 要】
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中国是农用地膜使用大国,但农膜厚度较小,难以回收,形成了“白色污染”。农田“白色污染”会对土壤及作物带来多种负面影响,为减少塑料污染带来的环境压力,微生物温和的降解作用有望缓解这一问题。本研究以聚乙烯地膜塑料圈为研究对象,利用16S r RNA扩增子测序技术,结合可培养微生物分离技术,探究了塑料圈细菌群落的演替规律,并筛选出了高丰度聚乙烯地膜降解菌。通过多菌株混合共培养,测定细菌共培养后聚乙烯地膜
【基金项目】
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杨凌示范区科技计划项目（编号:2018SF-01）； 陕西省重点研发计划项目（编号:2019NY-187）； 陕西省重点研发计划项目（编号:2022NY-055）；
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中国是农用地膜使用大国,但农膜厚度较小,难以回收,形成了“白色污染”。农田“白色污染”会对土壤及作物带来多种负面影响,为减少塑料污染带来的环境压力,微生物温和的降解作用有望缓解这一问题。本研究以聚乙烯地膜塑料圈为研究对象,利用16S r RNA扩增子测序技术,结合可培养微生物分离技术,探究了塑料圈细菌群落的演替规律,并筛选出了高丰度聚乙烯地膜降解菌。通过多菌株混合共培养,测定细菌共培养后聚乙烯地膜降解特性,评估其降解能力。最后,为探索聚乙烯降解相关机制,对潜在降解菌株Rhodanobacter soli DCY45进行了全基因组测序及功能注释。本研究主要结果如下:（1）在富集培养过程中,塑料圈细菌群落α多样性指数逐渐降低,且显著低于原始土壤;群落中Proteobacteria成员相对丰度不断增加,由48.28%逐渐增加至89.29%（黑膜处理组,B）和84.82%（白膜处理组,W）,增长近1倍;经PICRUSt预测,发现塑料圈细菌群落具有降解双酚a、苯乙烯和多环芳烃等外源物质的潜力。同时,本研究利用可培养细菌分离技术筛选到38个属的细菌,其中丰度较高的均为Rhodopseudomonas faecalis SS-2（B:71.13%;W:84.03%）,R.soli DCY45（B:20.97%;W:4.65%）和Microbacterium helvum NEAU-LLC（B:0.81%;W:2.23%）,是潜在聚乙烯地膜降解菌株。（2）通过SEM、CLSM、AFM、FTIR和WCA检测,发现经富集培养180 d后,处理组样品均形成了复杂的生物膜结构,塑料薄膜表面出现了明显的沟槽、空隙和裂缝,粗糙度为原始地膜的2倍,醚基（-C-O-C-）、羰基（-C=O）和羟基（-O-H）的吸收峰在处理组样品表面形成,样品水接触角也显著小于对照组。表明通过富集培养,塑料圈微生物对地膜存在生物降解作用。（3）利用筛选到的3株潜在降解菌R.soli DCY45（R）、M.helvum NEAU-LLC（M）和R.faecalis SS-2（P）,与实验室原有的聚乙烯地膜降解菌株Bacillus aryabhattai 5-3（B）进行不同组合共培养试验。共培养过程中,RP、RB和RMBP组合生长情况较好;RB、RM和RMBP处理组生物膜量高于其余处理组;RMBP、RBP、MBP、RB和BP处理组样品的生物膜结构更加紧密、覆盖面积较大。混合菌株共培养后,聚乙烯膜片样品表面发生变化,RP、RB、BP和B处理组样品粗糙度更高;RMB、RB、RP、MB和B处理组样品形成的含氧官能团和不稳定化学键收峰特征更明显;RP、RB处理组样品亲水性更强。综上,本研究筛选出RB（R.soli DCY45+B.aryabhattai 5-3）组合可作为聚乙烯地膜高效降解混合菌。（4）菌株R.soli DCY45的全基因组测序及功能注释结果表明,该菌株有33个arylpolyene（芳基多烯）次级代谢基因簇编码基因,以及35个与塑料降解相关的外源物质降解及代谢通路编码基因,主要包含乙苯、苯乙烯、氨基苯甲酸酯等物质的降解通路编码基因;此外菌株R.soli DCY45基因组中检测到双加氧化酶、单加氧酶、羟化酶和脂肪酶等塑料降解相关酶的编码基因分别有8、1、1、和11个,说明菌株R.soli DCY45具有潜在塑料降解性。综上所述,聚乙烯地膜降解菌株R.soli DCY45和B.aryabhattai 5-3共培养具有较高的降解能力,菌株R.soli DCY45具有潜在聚乙烯地膜降解代谢通路及相关酶。本研究结果有助于进一步挖掘降解菌株共培养时,菌株间的代谢协同作用,同时也有助于聚乙烯降解机理的探索。
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