摘要
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16SrRNA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RhodanobactersoliDCY45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RhodopseudomonasfaecalisSS-2（B：71.13%；W：84.03%），R.soliDCY45（B：20.97%；W：4.65%）和MicrobacteriumhelvumNEAU-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180d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.soliDCY45（R）、M.helvumNEAU-LLC（M）和R.faecalisSS-2（P），与实验室原有的聚乙烯地膜降解菌株Bacillusaryabhattai5-3（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.soliDCY45+B.aryabhattai5-3）组合可作为聚乙烯地膜高效降解混合菌。 （4）菌株R.soliDCY45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.soliDCY45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.soliDCY45具有潜在塑料降解性。 综上所述，聚乙烯地膜降解菌株R.soliDCY45和B.aryabhattai5-3共培养具有较高的降解能力，菌株R.soliDCY45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。
NETL