本技术公开了一株高效降解聚丙烯的土壤肠杆菌及其应用。该菌为菌株FJNUIM‑S2,其分类命名为土壤肠杆菌(Enterobacter soli),保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(CGMCC),保藏时间为2024年10月17日,保藏编号为CGMCC No.32241,保藏地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号中国科学院微生物研究所。本发明的菌株FJNUIM‑S2能以聚丙烯为唯一碳源进行生长,具有良好的聚丙烯降解特性,为环境中废弃聚丙烯的生物修复提供微生物资源,具有广阔的应用前景。
背景技术
塑料产品由于生产成本低、耐用性好,广泛应用于各个领域。随着塑料产业的发展及塑料制品的广泛使用和消耗,越来越多的废旧石油基塑料制品进入到环境中。常规处理塑料废弃物的物理和化学方法具有成本高、副产物多和产生二次污染等局限性,“白色污染”已成为全球性问题。聚乙烯(Polyethylene,PE)、聚丙烯(polypropylene,PP)和聚苯乙烯(Polystyrene,PS)类塑料的消费量占到合成塑料总量的50%,是塑料废物的主要组成部分。聚丙烯广泛应用于口罩、包装和打包盒等,在2022年全球的塑料产量中占比18.9%,是产量仅次于聚乙烯的第二大塑料。且聚丙烯化学惰性强于聚乙烯,降解难度更高。
废旧聚丙烯的回收利用技术单一,再生产品附加值低,再利用的价值没有得到体现。环境中的废弃塑料对生态系统造成了严重的破坏,在非生物因素或生物因素下形成小粒径的微塑料和纳米塑料更是危及动植物和人类的健康。焚烧处理会产生有害气体,填埋处理降解周期长,严重影响土壤生态环境。目前亟需既环保又高效简单的降解方法,来缓解聚丙烯塑料引起的全球污染问题,微生物降解塑料因此备受关注。
已报道的具有降解塑料能力的微生物中,主要集中在针对聚乙烯(PE)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene terephthalate,PET),其中细菌主要有假单胞菌属和芽孢杆菌属,真菌主要有曲霉菌属和镰孢属。对塑料具有较高降解性能的微生物主要有:Balasubramanian等筛选出能够高效降解高密度聚乙烯(High-Density Polyethylene,HDPE)的假单胞菌菌株Pseudomonas sp.GMB7和节杆菌Arthrobacter sp.GMB5,孵育30天后分别失重15%和12%(Balasubramanian V,Natarajan K,Hemambika B,et al.High-density polyethylene(HDPE)-degrading potential bacteria from marine ecosystemof Gulf of Mannar,India.Lett Appl Microbiol2010,51(2):205-211.);Elsamahy等构建了从白蚁肠道中分离的Steri gmatomyces halophilus SSA1575、Meyerozymaguilliermondii SSA1547和Meyerozyma caribbica SSA1654组成的酵母菌群,该菌群导致拉伸强度减少63.4%和净低密度聚乙烯(Low-Density Polyethylene,LDPE)质量减少33.2%(Elsamahy T,Sun J,Elsilk SE,et al.Biodegradation of low-densitypolyethylene plastic waste by a constructed tri-culture yeast consortium fromwood-feeding termite:Degradation mechanism and pathway.Hazard Mater 2023,448:130944.);Auta等发现芽孢杆菌Bacillus cereus和Bacillus gottheilii摇瓶实验40天后PET重量分别损失6.6%和3.0%(Auta HS,Emenike CU,Fauziah SH.Screening ofBacillus strains isolated from mangrove ecosystems in Peninsular Malaysia formicroplastic degradation.Environ Pollut 2017,231(Pt 2):1552-1559.);Das等筛选出两株细菌Pseudomonas aeruginosa NBTU01和Achromobacter sp.NBTU02在180天对PVC的降解率分别为35.65%和34.63%(Das G,Bordoloi NK,Rai SK,et al.Biodegradableand biocompatible epoxidized vegetable oil modified thermostable poly(vinylchloride):thermal and performance characteristics post biodegradation withPseudomonas aeruginosa and Achromobacter sp.Hazard Mater 2012,209-210:434-442.);Ganesh等筛选到一株芽孢杆菌Bacillus paralicheniformis G1在60天内降解了34%的PS膜(Ganesh Kumar A,Hinduja M,Sujitha K,et al.Biodegradation ofpolystyrene by deep-sea Bacillus paralicheniformis G1 and genomeanalysis.Science Total Environ 2021,774:145002.);Jeon等筛选出细菌Stenotrophomonas panacihumi PA3-2堆肥90天对LMWPP-1(Mn:2,800,Mw:10,300)的降解率为20.3±1.39%,对LMWPP2(Mn:3,600,Mw:19,700)的降解率为16.6±1.70%(Jeon HJ,Kim MN.Isolation of mesophilic bacterium for biodegradation ofpolypropylene.International Biodeterioration&Biodegradation2016,115:244-249.);Skariyachan等分离出8株塑料降解菌,其中Aneurinibacillus aneurinilyticusbtDSCE01、Brevibacillus agri btDSCE02、Brevibacillus sp.btDSCE03和Brevibacillusbrevis btDSCE04组合菌群的降解率最高且高于单独菌群,在50℃下培养140天PP颗粒降解率高达56.3±2%(Skariyachan S,Patil AA,Shankar A,et al.Enhanced polymerdegradation of polyethylene and polypropylene by novel thermophilic consortiaof Brevibacillus sps.and Aneurinibacillus sp.screened from waste managementlandfills and sewage treatment plants.Polymer Degradation and Stability 2018,149:52-68.)。这些具有降解性能的菌株体现了生物降解塑料的良好前景,为高效降解菌株可能的降解机制、高效降解酶的挖掘奠定基础。
然而,当前关于聚丙烯塑料生物降解的报道非常少,可研究和应用的聚丙烯塑料降解菌株严重缺乏;因此,寻找有效的生物降解聚丙烯塑料的微生物和酶资源,丰富降解菌株资源库,开发和完善生物降解聚丙烯的绿色循环工艺对聚丙烯塑料产生的环境污染具有重大意义。
实现思路