絹云母粉成分分析

  近日，北京航空航天大學化學學院教授楊軍的一次科普演講引起了社會各界的關注。原來，這位科學家偶然間將蟲子與塑料掛上了鉤。

  塑料能被蟲子“吃掉”？這是否意味著，困擾人類的“白色污染”找到了解決途徑？這樣的期待，讓楊軍的演講迅速成為熱議話題。

  偶然的科學發(fā)現(xiàn)

  2004年春節(jié)，楊軍從家中櫥柜里拿出一袋小米準備煮粥時，發(fā)現(xiàn)裝米的塑料袋上有許多孔洞，還有蟲子和飛蛾爬出。

  米壞了，不能吃，趕緊處理扔掉，這是許多人看到上述情景時的自然反應。不過，這一幕卻給了博士畢業(yè)于環(huán)境工程環(huán)境生物技術方向的楊軍不一樣的啟發(fā)。蟲子咬過，塑料去哪了？如果被蟲子吃掉了，塑料能否被蟲子消化？

  楊軍初步推測，塑料可能被蟲子吃掉了，但能否被蟲子消化吸收并轉(zhuǎn)化成能量或身體組織就不得而知了。

  “如果這個問題能被證實，就意味著塑料能被降解。這將是一項革命性的發(fā)現(xiàn)。”春節(jié)過后，楊軍就帶著碩士生秦小燕著手開始研究。

  通過各種渠道，他買到了“米蟲”，即蠟蟲。隨后，通過解剖將其內(nèi)含物取出，接種于僅僅鋪有聚乙烯薄膜的無碳培養(yǎng)基中。

  “碳是維持生命的主要元素，不給蠟蟲葡萄糖、淀粉等碳源，只給含有聚乙烯的薄膜，蠟蟲要么依靠薄膜進行繁殖代謝，要么因沒有能量來源而死掉。”楊軍告訴《中國科學報》記者。

  實驗進行到第28天，楊軍和秦小燕通過電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，蠟蟲腸道的內(nèi)含物侵蝕并穿透了塑料薄膜。這意味著蠟蟲的腸道微生物降解了塑料。

  蟲子活下來了

  實驗蠟蟲腸道的內(nèi)含物會分泌出很多菌株，但之前的研究并未將其細化。

  為學習基礎研究方法，楊軍前往英國牛津大學做了一年訪問學者。回國后，他開始展開系統(tǒng)深入的研究，提取內(nèi)含物中的“純菌”進行實驗。

  楊軍將蠟蟲腸道內(nèi)含物與含有聚乙烯的薄膜放在一起進行富集培養(yǎng)。他以聚乙烯為碳源，60天富集培育分離出8種純菌株，并通過抗拉強度試驗選擇了兩種降解能力強的菌種：阿氏腸桿菌和芽孢桿菌。

  實驗證明，這兩種菌株的確靠塑料薄膜“活了下來”。它們在含聚乙烯的薄膜上穩(wěn)定增長，并具有較強的活性，可以腐蝕掉聚乙烯膜的表面。“把聚乙烯這種長鏈的C-C單鍵氧化斷裂成為一個親水的碳氧雙鍵的羰基，這就是降解的初步機制。”楊軍解釋道。

  他推測，如果將黃粉蟲的培養(yǎng)時間延長至60天，阿氏腸桿菌和芽孢桿菌可以分別使聚乙烯減重6%和11%，聚乙烯的分子量可以降低6%和13%。“這表明黃粉蟲的降解效率是很高的。”

  隨后，楊軍又做了黃粉蟲降解聚苯乙烯實驗。他培養(yǎng)了1500條黃粉蟲，將其平均分成三組，進行為期30天的實驗。一組僅喂食聚苯乙烯的泡沫塑料；另兩組作為對照組，食物分別是它們喜歡的麥麩和無食物。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，分別單獨喂食泡沫塑料和麥麩的兩組存活率沒有顯著差異。

  為測量聚苯乙烯的降解程度，楊軍收集了吃過麥麩和泡沫塑料的蟲糞，并用GPC（凝膠滲透色譜）證明聚苯乙烯的分子量降低了，熱量也降低了。

  “50%的聚苯乙烯被黃粉蟲轉(zhuǎn)化為二氧化碳和自身肌體，可以說是‘長肌肉’了。作為生物化學機制的‘金標準’，碳13-同位素標記示蹤的實驗也更加證實了這個結(jié)果。”楊軍興奮地說，實驗充分證明了黃粉蟲能降解聚苯乙烯。

  塑料生物降解的新窗口

  楊軍表示，塑料本身是一種高分子的惰性材料，難以被生物降解。

  “塑料在自然界中降解需要約500年。而我們找到了一種降解微生物來源的新途徑，就是從蟲子的腸道里找到可降解塑料的細菌、酶，只需24小時甚至更少的時間就能降解塑料，這為解決石油基塑料污染問題打開了一扇窗。”楊軍說。

  中國工程院院士、大學環(huán)境學院教授錢易對此評價說，楊軍團隊從蟲子吃塑料的自然生活現(xiàn)象出發(fā)，證實了昆蟲及其腸道微生物可以降解聚乙烯和聚苯乙烯。“這個發(fā)現(xiàn)是革命性的，揭示了細菌能夠利用過去被認為不可能生物降解的石油基塑料。這是近年來環(huán)境科學領域突破，為解決全球塑料污染問題打開了一扇新的大門。”

  楊軍告訴記者，實驗研究中所用的塑料均為難降解的石油基塑料。不過，想要真正造福人類，還需要通過產(chǎn)業(yè)化，使微生物和酶得到利用。目前他正在尋求與企業(yè)合作，試圖開發(fā)一種降解可控的新型材料。