两种白腐真菌（Trametes versicolor和Pleurotus sajor-caju）对聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）的生物降解性比较

《Journal of Cleaner Production》：Comparative biodegradation of polyethylene terephthalate by two white-rot fungi: Trametes versicolor and Pleurotus sajor caju

本研究评估了两种白腐真菌（Trametes versicolor和Pleurotus sajor caju）对聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）的降解潜力，发现Psj在56天内使PET重量损失达5.72%，伴随酯酶、磷脂酶及纤维素酶活性显著升高，而Tv降解效果不显著。FTIR分析显示真菌处理后PET化学结构变化。结果表明Psj可能成为土壤中PET降解的潜在生物修复剂。

　　本研究探讨了两种白腐真菌——Trametes versicolor（Tv）和Pleurotus sajor caju（Psj）在农业土壤中对聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）塑料的降解潜力。随着塑料在农业中的广泛应用，如灌溉、覆盖和温室种植，农业土壤已成为塑料和微塑料的重要储存库。塑料的持久性和广泛使用使得其污染问题日益严重，尤其是在发展中国家，废弃物管理能力不足导致了严重的环境污染。因此，寻找能够有效降解塑料的生物手段成为解决这一问题的关键。

研究采用了一系列实验设计，包括三种处理方式：（i）在最低盐培养基（MSM）中加入PET并分别与Tv和Psj共培养；（ii）在MSM中仅放置PET而不加入任何真菌；（iii）在MSM中仅培养真菌而不加入PET。每种处理方式设有四个重复，每个重复实验使用250毫升的微型反应器。实验持续了56天，每隔14天进行一次采样。研究主要通过两个方面来评估PET的生物降解：一是检测真菌分泌物中的酶活性，包括氨生成、脂肪酶、碱性磷酸酶、酸性磷酸酶、果胶酶和纤维素酶；二是利用傅里叶变换红外光谱（FTIR）技术分析PET颗粒的重量变化和功能团特征。

实验结果表明，Psj在降解PET颗粒方面表现优于Tv。在第14天和第56天，PET在Psj处理下的重量损失分别达到了20.3%和5.72%。与此同时，PET + Psj处理中脂肪酶、果胶酶和纤维素酶的活性显著增加，说明Psj在PET降解过程中发挥了重要作用。FTIR光谱分析进一步揭示了PET在真菌作用下蛋白质和脂类相关峰面积的临时变化，这可能意味着PET表面的化学结构发生了改变，从而促进了其降解。相比之下，Tv在降解PET方面的效果较弱，可能与其对塑料降解产物的耐受性较低或实验培养基的限制有关。

这项研究强调了Psj作为潜在塑料降解剂的可行性，并指出了Tv在特定条件下可能存在的局限性。白腐真菌因其在恶劣环境中的高适应性和降解多种外源性物质的能力，被广泛认为是生物修复的有希望候选者。它们不仅能够分解多环芳烃（PAHs）、持久性有机污染物（POPs）和农药等有害物质，还能够利用低成本的基质生长，并与传统细菌和植物修复方法结合，实现更高效的污染治理。例如，在塑料降解方面，它们比其他微生物如细菌更具优势。

研究还指出，白腐真菌对塑料的降解可能分为四个阶段：附着、酶分泌、解聚和吸收。真菌的菌丝网络通过改变塑料表面的机械、化学和物理特性来附着在塑料上，这种附着能力有助于它们渗透到塑料表面的微观裂缝和孔隙中，从而提高接触效率和降解效果。解聚过程则依赖于真菌分泌的酶活性，这些酶能够将长链的塑料分子分解为更小的寡聚物、二聚物和单体。随后，这些单体被微生物吸收并转化为生物量和能量。白腐真菌产生的酶包括参与木质素分解的氧化还原酶，如锰过氧化物酶（MnP）、木质素过氧化物酶（LiP）和多功能过氧化物酶（VP），以及细胞色素P450家族，用于处理降解后的单体。

在土壤中，塑料颗粒的存在可能改变土壤的物理和化学性质，影响微生物群落结构，并促进污染物的迁移，从而对土壤健康和食品安全构成威胁。因此，研究塑料污染对土壤生态系统的影响并探索有效的修复策略具有重要意义。已有研究表明，白腐真菌在减少农作物中纳米塑料和微塑料的积累方面展现出潜力，这为未来开发有益于人类健康的修复方法提供了新的思路。

本研究的创新之处在于，在有限营养条件下，对P. sajor caju和T. versicolor进行PET降解的比较评估。通过结合PET重量损失分析、真菌分泌物的代谢和酶活性研究，以及菌丝体的变化，本研究提供了一个全面、多参数的生物降解评估框架。此外，将白腐真菌置于农业土壤修复的背景下，突显了其在当前环境挑战中的实际应用价值和可持续性。

在真菌培养方面，T. versicolor和P. sajor caju分别从比利时的BCCMTM/MUCL培养物库和巴西的UNESP（圣保罗州立大学）获得。两种真菌均在含有马铃薯的培养基上进行活性生长，这有助于维持其正常的代谢功能。在初步的分泌物筛选实验中，T. versicolor表现出果胶酶、蛋白酶、氨生成、淀粉酶和纤维素酶的活性，而P. sajor caju仅显示出氨生成的活性。这些结果表明，虽然两种真菌都具有一定的代谢能力，但P. sajor caju在PET降解方面表现出更强的潜力。

在PET颗粒的重量变化分析中，研究发现P. sajor caju处理下的PET颗粒重量显著下降，而T. versicolor处理下的PET颗粒重量变化不明显。这一差异可能与两种真菌的代谢特性、酶分泌能力和对PET的亲和性有关。此外，研究还指出，PET的结晶度可能影响其降解效率，较低的结晶度可能更容易被真菌酶分解。这一发现为未来在不同塑料类型和环境条件下的降解研究提供了重要线索。

讨论部分指出，T. versicolor在PET降解方面效果有限，这可能与其在碳缺乏培养基中的生长速率较低有关。而P. sajor caju则表现出更强的降解能力，这可能与其更高效的酶系统和对PET的更高亲和性有关。研究还强调了培养基对塑料降解的重要性，例如，马铃薯葡萄糖培养基（PDB）可能通过提供更丰富的营养促进PET的降解。因此，在未来的研究中，应考虑不同培养基对塑料降解的影响，以优化降解条件。

研究的结论表明，PET塑料在土壤中的积累已成为一个全球性问题，而传统的去除方法往往难以实现。因此，开发有效的生物修复策略至关重要。P. sajor caju在PET降解方面的显著表现，使其成为一种有潜力的生物修复剂。相比之下，T. versicolor在特定条件下可能受到限制，这提示我们需要进一步研究其降解机制，以确定其在不同环境中的适用性。此外，研究还指出，未来的研究应关注不同真菌种类对多种塑料的降解能力，以及如何通过优化培养条件和引入复合微生物群来提高降解效率。

总之，本研究通过实验验证了P. sajor caju在PET降解方面的有效性，为农业土壤中的塑料污染治理提供了新的思路。同时，研究也指出了T. versicolor在特定条件下的局限性，这为未来探索更高效的生物修复方法提供了参考。随着对塑料污染问题的深入理解，白腐真菌作为一种环境友好的生物修复工具，其应用前景值得进一步拓展和研究。