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2024.06.14江西
通讯作者：刘之广教授
通讯单位：山东农业大学
亮点
·为了解聚氨酯涂料中MPs的降解机理和驱动因素提供了理论依据。
图文摘要
全文速览
近日，山东农业大学刘之广教授团队在WaterResearch上发表了题为“Understandingvisiblelightandmicrobe-drivendegradationmechanismsofpolyurethaneplastics：pathways，propertychanges,andproductanalysis”的研究论文，成功从聚氨酯涂层的表面分离出了一株链霉菌Streptomycessp.B2，随后采用光反应器模拟了生物基聚氨酯（BPU）和石油基聚氨酯（PPU）在单微生物（SM）、单光暴露（SL）和联合光暴露/微生物作用（ML）三种条件下的降解过程。这项研究不仅强调了不同材料的控释肥在土壤中的降解效果及潜在机制，更证明了微生物活动是驱动聚氨酯微塑料降解的关键因素，为全面评估微塑料在环境中的降解提供理论依据。
研究进展
图2培养液的OD600值（a）和pH（b）；以及塑料表面生物膜的SEM图像（c）
波长为600nm的光密度值（OD600）定量表征了降解过程微生物的生长情况。CPU比ZPU更有利于微生物繁殖，这可能是CPU浸出不饱和脂肪酸等物质为微生物繁殖提供了碳源。然而，在28d后，光照引起微生物丰度急剧下降，而在黑暗中，微生物丰度缓慢增加，显示出光照的抑制作用。培养介质的初始pH为6.84，随着周围生物膜的生长，前7d所有培养基的pH值都有所下降。pH值下降幅度最大的是DBM（6.3%）和LBM（3.5%），这与OD600的变化一致。培养14d和28d后，光照条件下的pH值升高，而黑暗条件下的培养基pH值始终低于6.64。这是因为Streptomycessp.B2的细胞壁含有LL-二氨基亚苯酸，当菌株在黑暗条件下繁殖和生长时，有机酸不断释放到培养液中，导致pH值下降。此外，微生物的生理生化过程也受到pH值的影响。先前的研究表明，Streptomycessp.B2在聚合物的存在下能够表现出良好的生长特性，其在酸性条件下的生长能力以及分解和代谢碳源的能力也显著增强。因此，随着这些微生物分泌有机酸和培养液pH值的降低，它们可以促进多烯结构的形成，加速微塑料的降解。
注：（a）未降解的CPU（BCK）；（b）未降解的ZPU（PCK）；（c）DBM；（d）DPM；（e）LBM；（f）LPM；（g）LBS；（h）LPS。第一和第二列为表面结构，第三和第四列为横截面结构
图6PU-PS降解28d后的（a）傅里叶变换红外光谱，（b）羰基指数，（c）EDS表面扫描图像
图7（a）CPU和（b）ZPU的GC-MS图谱，及（c）CPU和（d）ZPU产物名称、结构和相对含量变化
图8（a）结构方程模型关系可视化图；（b）聚氨酯微塑料的降解途径
致谢
本研究在山东农业大学张民教授的悉心指导下进行，获得了国家重点研发计划资助项目（2023YFD1500505）资助。山东农业大学资源与环境学院研究生罗心雨、董晶晶、陈思宇、胡晓敏及本科生杜玉苹同学为研究的顺利完成提供了大力支持。
作者介绍
刘之广，山东农业大学教授，土壤学博士，泰山学者特聘教授团队成员、国家优秀创新创业导师、山东省青年创新团队负责人、山东省重点扶持区域引进急需紧缺人才。主持国家自然青年基金、国家重点研发计划子课题、山东省重点研发计划等省部级以上课题8项，横向课题4项。参与国家重点研发计划、国家科技支撑计划、农业部“948”重点项目等国家级科研项目10项。以第一或通讯作者于EnvironmentalScience&Technology，WaterResearch，ChemicalEngineeringJournal，FieldCropsResearch，Soil&TillageResearch等期刊发表科研论文47篇，累计影响因子249；参编教材和著作3部；主持制定山东省农业主推技术1项，参与制定地方标准与技术规程5项。