IOCAS-IR  > 实验海洋生物学重点实验室
海洋微生物介导的塑料解聚过程及机制研究
高蓉蓉
Subtype博士
Thesis Advisor孙超岷
2021-11-11
Degree Grantor中国科学院大学
Place of Conferral中国科学院海洋研究所
Degree Name理学博士
Keyword塑料污染 微生物降解 混合菌群 塑料降解酶
Abstract

塑料是一类高分子聚合物的统称,因其良好的性能,被大量应用于人类生产生活中 。然而,塑料巨大的使用量和难以降解的特性,使其废弃物在环境中大量积累并造成了严重的 “白色污染 ”。 陆地的塑料垃圾随大风和洋流裹挟进入 海洋海洋环境中的塑料污染已逐渐演变为当今世界日趋严重的环境灾难之一,但同时也催生了大量降解各种塑料的海洋微生物,使得在海洋环境中获得有效降解塑料的微生物并发展为生物制品成为可能。本课题以聚对苯二甲酸乙二醇酯
Polyethylene terephthalate PET)和聚乙烯 Polyethylene PE)两类塑料为研究对象,筛选能有效降解上述两种塑料的海洋微生物菌群或纯菌,进而深入解析相应的降解机制,为发展塑料降解生物制品提供候选材料及理论依据。取得的主要结果如下:

(1)有效降解 PET和 PE塑 料海洋微生物菌群的获得、优化及降解机制解析。经过大量筛选,获得一个能同时有效降解 PET和 PE塑料的海样来源的微生物菌群。该菌群能高效定殖在塑料表面并与塑料产生直接相互作用。经过扫描电子显微镜Scanning Electron Microscopy SEM 观察发现该菌群可以在 PET和PE塑料表面形成致密的生物膜,并对 PET和 PE塑料具有明显的侵蚀作用;借助 16S rRNA扩增子分析手段,明晰了该菌群的主要组成和核心菌群的种类,并纯培养了核心菌群的所有成员,成功分离出三种能降解塑料的核心菌株Exiguobacterium profundum MB1 Halomonas venusta MB2和Ochrobactrum sp. MB3 并重组为一种新型高效降解 PET和 PE塑料的微生物菌群 该菌群在 30℃的条件下,培养 14天,对 PET和 PE塑料具有明显的降解用;傅里叶红外观测 Fourier Transform Infrared analysis FTIR 显示经过该菌群的降解后, PET塑料产生了羟基特征峰, PE样品产生了羟基和羰基特征峰;高温凝胶色谱检测High Temperature Gel Permeation Chromatography analysis HT-GPC 结果显示,PET和 PE整体分子量分布呈现由高分子量向低分子量分布偏移情况; X射线衍射分析 X-Ray Diffraction analysis XRD 的结果 则显示经过该菌群的降解处理,PET相对结晶度由 92.55% 变为 PE塑料结晶度由 49.10% 降至29.50%;结合液相色谱 质谱联用( High Performance Liquid Chromatography-Mass Spectrometry HPLC-MS 分析手段,初步检测了该菌群降解 PET和 PE塑料的中间过程和产物;基于转录组技术和基因组学,初步明晰了核心菌群降解 PET和PE塑料的分子机制,并尝试对其中可能的塑料降解酶在大肠杆菌中进行了体外表达,经塑料降解实验表明, IR195_09930_esterase、 IR195_04495_hydrolase 和IR196_16650_hydrolyase三种酶都具有降解 PE塑料的能力。这为未来塑料降解
生物制品的开发提供了有前景的候选酶。
(2)有效降解 PE塑料海洋真菌的获得及降解机制研究。筛选得到一株能有效 降解 PE塑料的海洋 来源的 真菌 Alternaria sp. FB1,该真菌能以 PE塑料作为碳源 生长, 在塑料表面上定殖后产生明显的裂痕;扫描电子显微镜观察发现该真菌可以在 PE塑料表面形成致密的生物膜,并对两 种塑料具有明显的侵蚀作用;傅里叶红外观测显示经过该菌群的降解后, PE样品产生了羟基和羰基特征峰;高温凝胶色谱检测结果显示, PE整体分子量分布呈现 Mw=231017KD偏移 至Mw=11959 X射线衍 射分析的结果则显示经过该真菌 的 降解处 理, PE塑料相对结晶度由 62%降低至 借助于气质联用( Gas Chromatography-Mass Spectrometry GC-MS)技术,初步分析了 PE降解产物; 基于基因组学 和 转录组技术 进一步探究了此真菌降解 PE塑料的分子机制, 获得了包括 3种过氧化物酶、 3种漆酶、 26种羟化酶 4种羟化酶、 15种单加氧酶、 7种加氧酶 、 49种脱氢酶、 18种氧化还原酶、 10种氧化酶、 22种还原酶、 16种酯酶、 4种脂肪酶和 2种角质酶 在内的可能的塑料降解酶系 为发展降解塑料生物制品提供了一种可行的修复方法和候选酶。

Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://ir.qdio.ac.cn/handle/337002/177055
Collection实验海洋生物学重点实验室
Recommended Citation
GB/T 7714
高蓉蓉. 海洋微生物介导的塑料解聚过程及机制研究[D]. 中国科学院海洋研究所. 中国科学院大学,2021.
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海洋微生物介导的塑料解聚过程及机制研究.(7891KB)学位论文 暂不开放CC BY-NC-SA
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