從中石化燕山分公司購買了聚苯乙烯塑料原料,這些原料中沒有添加劑和催化劑。而α-13C、β-13C標記的聚苯乙烯塑料樣品。黃粉蟲從北京大興、河北秦皇島等昆蟲養(yǎng)殖場購買,用谷物飼養(yǎng),這些蟲子位于3-4蟲齡(即褪了3-4次皮)。這些黃粉蟲被放置在一個有泡沫塑料塊的聚丙烯塑料容器里。實驗人員定期測量被黃粉蟲吃掉的泡沫塑料塊重量,對照組是常規(guī)麥麩飼養(yǎng)的黃粉蟲,實驗中500個黃粉蟲以5.8克的泡沫為食物,在控制條件的溫室中單獨飼養(yǎng)(25±1°C,80±2%濕度,和16:8光/暗周期)。在孵化過程中,死亡的黃粉蟲立即移出。
楊軍等人在實驗中,以泡沫塑料為單一食源喂養(yǎng)黃粉蟲幼蟲。對比正常飼養(yǎng)(喂食麩皮)和停食的幼蟲,結(jié)果發(fā)現(xiàn),在16天實驗期內(nèi),幼蟲干重盡管并未如正常飼養(yǎng)的幼蟲增加(+33.6%),小量增加了0.2%(這是由于相比麩皮,泡沫塑料的水含量和營養(yǎng)價值較低),但也未像停食的幼蟲干重明顯降低(-24.9%),并且對比喂食塑料和麩皮兩組的幼蟲存活個數(shù),并無明顯差異。
100只黃粉蟲每天可以吃掉34-39毫克的泡沫塑料。在16天的試驗期,蟲子攝入泡沫塑料中47.7%轉(zhuǎn)化為CO2。而殘留(約49.2%)被轉(zhuǎn)化為類似兔糞便的生物降解顆粒被排泄出體外。試驗用α-13C或β-13C標記的聚苯乙烯塑料證實其被礦化為碳13標記二氧化碳和脂類。幼蟲腸道內(nèi)聚苯乙烯泡沫停留時間不超過24小時就降解。
用聚苯乙烯泡沫塑料作為食物的幼蟲,與那些喂以正常食物(麥麩)的蟲子過了1個月后,健康情況一樣,發(fā)育成甲殼成蟲。黃粉蟲在泡沫上吃出了一個一個洞。通過蟲子的腸道后,攝入的泡沫塑料的化學(xué)結(jié)構(gòu)和組成發(fā)生變化。通過采用凝膠滲透色譜(GPC)、碳13的核磁共振光譜,熱重傅里葉變換紅外光譜,證實了幼蟲腸道中聚苯乙烯長鏈分子斷裂形成蟲子代謝產(chǎn)物隨著糞便排出。
實驗還進一步在幼蟲腸道中成功分離出可以利用聚苯乙烯為碳源進行生長的聚苯乙烯降解——微小桿菌YT2(Exiguobacteriumsp.YT2)。該菌株已保存在我國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心和國家基因庫,是報道的一株保存在菌種中心的聚苯乙烯降解。
能吃掉所有塑料
研究團隊給出了黃粉幼蟲嚙食降解聚苯乙烯機理:開始,泡沫塑料被黃粉幼蟲嚼噬成細小碎片并攝入腸道中;其次,嚼噬作用增加了聚苯乙烯泡沫與微生物和胞外酶的接觸面積,所攝食的碎片在腸道微生物所分泌的胞外酶作用下,進一步解聚成小分子產(chǎn)物;再看,這些小分子產(chǎn)物在多種酶菌和黃粉幼蟲自身酶的作用下,進一步降解并同化形成幼蟲自身組織;第四步殘留的泡沫碎片與部分降解中間產(chǎn)物,混合部分腸道微生物,以蟲糞的形態(tài)排泄出體內(nèi),在蟲糞中泡沫塑料可能還會進一步繼續(xù)降解。
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