论文标题：Biodegradation of Petrochemical Plastics by Microorganisms: Toward Sustainable Solutions for Plastic Pollution

论文链接：https://doi.org/10.3390/bacteria4030044

期刊名：Bacteria

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/bacteria

一、引言：塑料污染背景与生物降解策略的提出

塑料作为现代工业发展的重要材料，凭借其优异的机械性能、化学稳定性、低成本和广泛适用性，被广泛应用于包装、医疗、建筑和电子产品等多个领域。自20世纪40年代以来，全球塑料生产量持续增长，大规模使用石化基塑料也带来了日益严重的环境污染问题。大量塑料废弃物由于难以自然降解，长期积累于陆地和水生生态系统中，并进一步形成微塑料，对生态系统稳定性和生物多样性造成潜在威胁。

目前，机械回收、焚烧和填埋等传统塑料处理方式仍存在一定局限。机械回收受到塑料污染、分类困难以及材料性能下降等因素影响；焚烧虽然能够减少塑料体积，但无法实现资源循环利用，并可能产生有害排放。因此，探索更加可持续的塑料处理方式成为环境治理的重要方向。

近年来，微生物降解技术受到广泛关注。自然界中的部分细菌、真菌和放线菌能够通过产生特定降解酶，作用于塑料聚合物结构，实现塑料降解。该策略不仅为减少塑料污染提供了新的解决方案，也为塑料资源循环利用和生物基循环经济的发展提供了新的可能。

二、石化塑料带来的环境挑战

石化塑料主要包括聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚氯乙烯（PVC）以及聚苯乙烯（PS）等类型。这些材料因具有良好的耐久性、机械强度和化学稳定性，在工业生产和日常生活中得到广泛应用。

然而，塑料结构的稳定性也导致其在自然环境中难以快速降解。大量塑料废弃物长期存在于环境中，并受到机械磨损和光化学氧化作用影响，逐渐破碎形成微塑料颗粒。微塑料已广泛存在于水生生态系统中，并可能通过食物链传播，对生态环境造成潜在影响。

此外，塑料焚烧和填埋过程中可能释放有害化学物质，进一步增加环境风险。因此，开发更加高效、环保的塑料降解和回收技术，对于缓解塑料污染问题具有重要意义。

图1 具有代表性的石化衍生塑料及其化学结构、回收符号和典型物理外观

三、石化塑料处理技术的发展现状

针对塑料废弃物问题，目前主要发展了物理处理、化学处理和生物处理三类方法。

3.1 物理处理方法

机械回收是目前应用最广泛的塑料处理方式之一，主要包括塑料废弃物的清洗、破碎、分选和再加工。该方法具有操作简单、成本较低等优势。然而，机械回收仍面临诸多限制，包括塑料污染导致的回收效率降低、不同聚合物之间分离困难以及循环过程中材料性能下降等问题。因此，仅依靠机械回收难以完全解决复杂塑料废弃物处理需求。

3.2 化学处理方法

化学回收通过破坏塑料聚合物结构，将其转化为原始单体或其他具有价值的化合物，从而实现更高程度的材料循环利用。相比机械回收，化学方法具有实现高纯度材料回收的潜力，但其应用仍受到高能耗、高成本以及对催化剂、溶剂和特殊反应条件需求等因素限制。目前，部分化学回收技术仍处于中试或早期工业应用阶段。

3.3 生物处理方法

生物降解技术利用微生物或特定酶降解塑料，可应用于集中处理的生物反应系统，也可用于污染环境中的原位修复。由于其具有环境友好、能源需求较低等特点，微生物降解被认为是传统物理和化学方法的重要补充，为未来塑料污染治理提供了新的发展方向

四、微生物：生物降解塑料的重要力量

自然界中已经发现多种具有塑料降解能力的微生物，包括细菌、真菌、放线菌和微藻等。这些微生物能够产生具有催化活性的酶，通过切断塑料分子中的化学键，使复杂聚合物逐步降解。微生物塑料降解通常涉及多个过程，包括微生物在塑料表面的附着、胞外酶作用于聚合物链、生成低分子降解产物以及进一步代谢利用等。

文章进一步针对不同类型石化塑料的微生物降解研究进行了总结：

4.1 聚乙烯（PE）的微生物降解

聚乙烯是全球产量最大的合成塑料之一，包括高密度聚乙烯（HDPE）和低密度聚乙烯（LDPE）。由于其主要由稳定的碳—碳键组成，天然降解过程较为缓慢。研究发现，多种细菌和真菌能够参与PE降解过程，例如部分芽孢杆菌属（Bacillus）和假单胞菌属（Pseudomonas）菌株。相关研究主要关注微生物对PE表面的侵蚀作用、聚合物结构变化以及降解效率评价。

4.2 聚丙烯（PP）的微生物降解

聚丙烯具有较高稳定性，因此其生物降解仍面临较大挑战。目前研究发现，部分微生物能够导致PP表面变化或分子量降低，但完全矿化为二氧化碳和水的过程仍较少被证实。此外，由于PP降解效率受到环境条件影响，其实际应用更适合结合预处理技术以及工程化生物处理体系。

4.3 聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）的微生物降解

PET是一种广泛应用于饮料瓶、纺织品和食品包装领域的热塑性聚酯。与PE和PP相比，PET结构中含有可被酶水解的酯键，因此更容易受到生物降解作用。文章总结了多种参与PET降解的微生物，并指出未来PET生物降解的发展需要结合机械分选、预处理、酶工程以及微生物体系优化，以进一步提高降解效率和应用可行性。

4.4 聚氯乙烯（PVC）的微生物降解

PVC因其含氯结构以及大量添加剂的存在，在建筑材料、管道和地板等领域得到广泛应用。然而，PVC降解过程较为复杂，部分降解产物可能具有潜在毒性。因此，目前PVC生物处理主要限制于封闭式反应系统或专门处理设施，以便控制排放并进行后续解毒处理。

4.5 聚苯乙烯（PS）的微生物降解

聚苯乙烯具有良好的刚性和绝缘性能，被广泛应用于包装材料和一次性用品。目前，PS微生物降解研究仍主要集中于实验室阶段。未来需要进一步开发针对性的微生物体系，并结合其他处理方法，提高其规模化应用潜力。

五、基因工程与蛋白质工程促进塑料降解效率提升

随着分子生物学和生物工程技术的发展，基因工程、蛋白质工程和合成生物学逐渐应用于塑料生物降解研究。

研究人员通过克隆和改造相关基因，使微生物获得塑料降解能力，或优化降解酶的催化性能，从而提高塑料降解效率。此外，构建具有协同功能的微生物群落，也成为提升复杂塑料废弃物处理能力的重要方向。

六、未来展望与总结

微生物塑料降解技术为解决全球塑料污染问题提供了一种具有发展潜力的绿色策略。该技术不仅能够促进塑料废弃物减少，还能够推动塑料资源循环利用和生物基循环经济发展。

然而，目前微生物降解技术仍面临规模化应用挑战，包括环境温度、pH变化、微生物竞争以及潜在毒性中间产物等因素对降解过程的影响。

未来研究需要进一步结合组学技术、蛋白质工程、合成生物学和微生物联合培养策略，开发更加稳定、高效的降解体系，并推动微生物处理技术与现有塑料回收基础设施相结合，实现更加可持续的塑料管理模式。

引用格式：

Getino, L.; Revilla-Gómez, J.A.; Ariza-Carmona, L.M.; Thijs, S.; Didierjean, C.; Chamizo-Ampudia, A. Biodegradation of Petrochemical Plastics by Microorganisms: Toward Sustainable Solutions for Plastic Pollution. Bacteria 2025, 4, 44. https://doi.org/10.3390/bacteria4030044.

期刊介绍

主编：Prof. Dr. Vasco Ariston De Carvalho Azevedo

Bacteria (ISSN 2674-1334) 是一个国际型开放获取英文学术期刊，旨在发表细菌学领域的高质量研究成果，包括综述、原创研究论文和通讯等。发文范围涉及整个细菌学领域的各个方面，包括细菌结构学，细菌基因组学，细菌发病机制，细菌免疫和代谢，细菌技术和细菌生态等。本刊致力于推动科学界分享基于严谨实验设计和可靠数据分析的学术成果，对文章篇幅不作限制。我们力求将Bacteria打造成为全球细菌学研究领域的重要学术交流平台，促进前沿科学进展的传播与合作。

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