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世界上首次明確了各種生物降解性塑料(聚乳酸除外)在水深和環境不同的日本近海5個地點的深海底( 757 m~5，552 m )中均會被微生物降解。

從深海中發現了大量分解生物降解塑料的新降解微生物，這些微生物存在于世界各地的各種海底堆積物中。

被證實分解的生物降解性塑料在世界上的任何海域都會被分解，期待著對解決世界性的塑料海洋污染問題做出貢獻。

針對微塑料危害和生物塑料的降解情況，在3月13-15日鄭州舉辦的生物基與降解材料行業大會上，組委會邀請了甄光明博士（中國科學院寧波材料所客聘研究員）出席，并分享《微塑料危害對生物塑料政策及市場的影響》。歡迎掃上圖二維碼參加。

內容概述

生物降解材料研究院報道，日本6家機構共同宣布，生物降解塑料 (聚乳酸除外)即使在深海也能被微生物分解，這一發現是世界第一次。

這些研究機構來自東京大學、海洋研究開發機構、群馬大學、產品評價技術基礎機構、產業技術綜合研究所、日本生物塑料協會。

他們的試驗地點包括神奈川縣的三崎沖(水深757m)、靜岡縣的初島沖(水深855m) 、伊豆小笠原島弧海底火山附近的明神海丘（水深1292m）、黑潮續流域的深海平原（水深5503m）、日本最東端的南鳥島沖（水深5552m）。

研究人員觀察到生物降解塑料表面密密麻麻地附著了無數微生物，隨著時間的推移，樣品表面出現粗糙的凹凸不平，進行生物降解(圖1)。雖然深海的生物分解速度隨著水深的加深而變慢，但也確認了在所有的深海底會被生物分解。通過計算還推測，在水深約1000m的深海底，用本研究中使用的生物降解性塑料制作的塑料袋將在3周到2個月內被生物降解。此次，通過菌群分析（16S rRNA基因放大器測序以及元基因組分析），還成功發現了大量能夠從深海中分解生物降解塑料的新降解微生物。此外，發現的分解微生物還存在于世界各地的各種海底堆積物中，被證實分解的生物降解性塑料可能會在世界上的任何深海中被分解。根據本研究成果，作為對抑制未來海洋塑料污染做出貢獻的優秀素材，生物降解塑料的研究開發有望取得進展。

本研究成果刊登在國際科學專業雜志《Nature Communications》網絡版(日本時間2024年1月26日)上。

載人潛水調查船“深海6500”設置在深海底3個月后的生物降解性塑料樣品上，觀察到了馬林斯諾堆積的情況。在樣品表面附著的無數微生物的作用下，生物降解就像在樣品表面形成隕石坑一樣進行。

發表內容

研究背景

據報道，目前全世界每年生產約4億噸塑料，每年約有800萬噸塑料垃圾流入海洋(science 347，768 (2015) )。 我們平時使用的以聚乙烯和聚丙烯為代表的通用塑料，是在山、河、湖、海的任何環境中都不分解的塑料。現在，人們希望開發出一種“生物可降解塑料”，它在任何環境下都可以通過微生物的作用完全分解為二氧化碳和水。

迄今為止，以聚乳酸和微生物生產的聚酯等為首的許多生物降解性塑料被開發出來，對堆肥的生物降解性以及土壤、河流、湖泊、淺海域等的環境生物降解性進行了評價。然而，在海洋塑料垃圾最終進入的深海環境中，生物降解塑料是否真的能被生物降解，或者深海中是否存在能降解生物降解塑料的微生物，至今還沒有人證明。

研究內容

本研究利用載人潛水調查船“深海6500”和自由落體式深海探測器“江戶子1號”，在深海放置生物分解性塑料和通用塑料3到14個月，根據這些樣品的重量和形狀的變化、特性 作為生物降解性塑料，研究了以微生物生產聚酯( PHA)和聚乳酸為首的生物降解性聚酯、還有PBAT、PBS、PBSA、PCL，PLLA，和以醋酸纖維素為首的多糖類酯衍生物。 同時，在面向漂浮塑料垃圾較多的東京灣的海洋研究開發機構的岸壁(神奈川縣橫須賀市，水深約5m )也設置了同樣的樣品，進行了生物分解速度的比較。將設置在深海的樣品在3個月到14個月后撈出，進行了薄膜和注塑成型體的重量和厚度的變化、附著在表面的分解微生物的分析。結果表明，通用塑料和聚乳酸完全不降解，而除聚乳酸外，其他可生物降解的聚酯和多糖酯衍生物在任一深海底都能降解。

比較深海和岸壁的生物分解速度(μg/cm2/day )，相對于岸壁的分解速度，水深1000m的深海約為五分之一到十分之一，水深5000 m的深海約為二十分之一(圖2(b) )。 這種生物分解速度的降低，除了水深變深引起的水壓和水溫等環境變化之外，還可能是微生物的存在量和多樣性減少造成的。 假設用此次實驗中使用的生物降解性塑料之一的微生物生產聚酯制作了塑料袋(一般厚度=15μm)，使用在初島海域(水深855m)的降解速度計算深海的降解時間，預計約3周到2個月就會降解(約50%)

使用掃描電子顯微鏡觀察深海設置的塑料表面的情況時，發現通用塑料和聚乳酸的樣品表面幾乎沒有微生物附著，而生物降解性塑料表面有大量微生物密集附著的情況(圖1)。 對附著微生物的菌群分析的結果顯示，深海設置后幾個月會附著好氧微生物，菌群會隨著時間變化為厭氧微生物(圖3)。 這可能是因為馬林斯諾隨著時間在樣品表面堆積，從好氧條件向厭氧條件變化。 對生活在樣品正下方海底堆積物中的微生物的菌群進行了分析，結果與處于厭氧條件下的樣品表面的菌群幾乎相同。

對附著在樣品表面微生物進行菌群分析和元基因組分析，將具有分解生物降解性塑料的微生物產生聚酯(PHA)分解酶、聚酯酶、果膠酶的基因的堿基序列的新微生物。發現的微生物存在于世界各地的海底堆積物中，此次被證實分解的生物降解性塑料不僅在日本近海，還會在世界各地的海域被生物降解。

據悉，在初島海域的深海底設置了4個月的薄膜表面只存在好氧微生物(藍色或綠色)，但14個月后厭氧微生物(粉紅色)成為主導地位。14個月后，薄膜表面的微生物菌群與海底沉積物中的菌群基本相同。新發現的微生物產生的聚酯(PHA)分解菌存在于世界各地的海底堆積物中，PHA在世界各地的海里被生物分解。

今后的展望

本研究證明，即使在海洋塑料垃圾最終會到達的深海底，生物降解性塑料也會被微生物分解。 塑料制品需要盡可能地回收、利用。 但是，不可能回收所有的塑料，很多東西會流到環境中。 因此，在不可避免地泄露到海洋的產品等中，適當使用生物降解性塑料是必不可少的，可以說生物降解性塑料是對抑制未來海洋塑料污染做出貢獻的優秀材料。今后，有望開發出高性能的海洋生物降解塑料，在使用中，該塑料可持續發揮優異的物性，使用后，一旦泄露到海洋中就會開始降解，同時具有盡快降解的海洋降解塑料。

來源：生物降解材料研究院

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