《昆虫降解塑料:探索白色污染治理新途径》
在我们的生活中,塑料无处不在,因其轻便耐用、可塑性好而被广泛应用。然而,使用后被弃置的塑料制品难以降解,成为了固体废物,给生态环境带来了严重污染,危害着人类健康,“白色污染” 也由此成为了世界性难题。但如今,或许有了新的解决思路,那就是让昆虫来 “吃” 塑料。
江大环境与安全工程学院孙建中教授团队的研究为我们揭示了昆虫及其肠道共生菌在塑料生物降解中的独特作用。昆虫的种类丰富多样,科学家们发现印度古螟、草地贪夜蛾、黄粉虫、蜡蛾等昆虫竟然具有消化聚乙烯、聚苯乙烯等常见塑料的能力。而这背后的关键在于昆虫肠道共生菌。
首先,昆虫的咀嚼或啃食行为会破坏塑料的结构,为后续的分解创造条件。接着,昆虫肠道共生菌分泌的一系列生物酶发挥作用,促使塑料分子中的化学键断裂,将复杂的塑料聚合物转化为可被代谢的小分子。这些酶包括酯酶、脂肪酶、过氧化物酶、漆酶等,它们特异性地作用于塑料分子的化学键。一旦塑料被分解,产生的化合物就成为了昆虫肠道共生菌生长的碳源。
除了昆虫肠道共生菌,在被污染的水体和土壤中存在的一些细菌、真菌、藻类等也能降解塑料。部分真菌和细菌已展现出对多种合成塑料的分解能力,藻类在塑料聚合物降解过程中的作用也逐渐受到关注。
虽然昆虫肠道共生菌能 “吃” 塑料,但要大量降解塑料却并非易事。与自然环境中漫长的降解时间相比,昆虫肠道共生菌对塑料的降解速度虽相对较快,但仍难以满足实际需求。为此,需要人工制备酶来优化塑料降解过程,提高降解速度。研究人员要研究不同酶的代谢途径,筛选出可降解塑料的酶并进行培养,通过基因工程对细菌进行改造,使其成为大量产生这些酶的 “工厂”。还可以对多种可分解塑料的酶进行优化组合,以实现更高效的塑料垃圾治理。未来,科学家们将继续寻找具有塑料降解能力的昆虫肠道共生菌,并改良塑料降解酶的活性和特异性。
然而,大批量人工制备酶面临着发酵工程、基因工程、酶工程等方面的技术难题,目前一些酶虽能在实验室规模纯化,但离产业化生产还有距离。所以,在推动塑料降解产业化进程的同时,还要探索可生物降解塑料技术,以可生物降解塑料逐步替代传统石油基塑料,实现 “两条腿走路”。孙建中教授的团队在生物降解塑料技术方面取得了一定成果,如将农作物秸秆中的纤维素 / 半纤维素转化为高纯度 L 乳酸,L 乳酸是环境可降解塑料聚乳酸的重要合成原料。此外,中国科学院深圳先进技术研究院相关团队制成可降解 “活” 塑料,海南热带海洋学院的研究人员在海洋微塑料生物降解技术上也取得重要突破。
为了规范生物降解塑料的生产与处理流程,国家有关部门还需建立健全相关法规与标准体系,确保生物降解塑料的安全性与环境友好性。
总之,虽然白色污染的治理任重道远,但昆虫及其肠道共生菌为我们提供了新的思路和希望。通过不断探索和努力,我们有望找到更加有效的方法来解决白色污染问题,保护我们的生态环境。