黄粉虫和黑粉虫幼虫降解聚乙烯效能的研究

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聚乙烯(PE)是一种在自然条件下极其稳定的人工合成聚合物,耐微生物侵袭,过去几十年来一直被认为是不可生物降解的。按照密度和分支分类,主要有四种类型,其中最常见的为高密度聚乙烯(HDPE),低密度聚乙烯(LDPE)和线性低密度聚乙烯(LLDPE)三类。黑粉虫(Tenebrio obscurus)幼虫能够生物降解聚苯乙烯(PS),但对聚乙烯(PE)降解的能力和解聚模式仍然未知。因此,本文对“黄粉虫和黑粉虫幼虫降解PE效能”进行了研究,证实了两种幼虫均具有降解PE的能力,分别探究了PE与辅食共饲和PE结构类型对两种幼虫降解PE效能的影响。具体结论如下:本研究中黄粉虫的PE消耗能力显著优于黑粉虫。与仅饲喂PE相比,麦麸和PE共饲黄粉虫、玉米粉和PE共饲黑粉虫时幼虫的存活率、对PE的消耗量和降解效率提高显著。此外,玉米秸秆和水稻秸秆可以用做两种幼虫摄食PE的辅食,以此提高幼虫的PE消耗量和降解效率。两种幼虫消耗PE泡沫的能力与实验条件设置密切相关。底面积为21×12 cm的透明聚丙烯饲养盒(环境温度为25±0.5℃;湿度为65±5%;黑暗的条件下)中放入500只幼虫和2 g的LDPE泡沫,摄食情况较好。高温凝胶渗透色谱(HTGPC)分析结果表明,低分子量部分的PE(<5.0 k Da)被快速消化,而高分子(>10.0 k Da)部分则被分解或裂解,表明幼虫对PE的解聚范围很广。添加庆大霉素能显著抑制黄粉虫和黑粉虫的肠道微生物,但两种幼虫对LDPE的解聚作用并未完全停止,表明LDPE的生物降解是幼虫肠道微生物与消化酶协同作用的结果,并非完全依赖于肠道菌群。PE的结构类型显著影响黄粉虫和黑粉虫的生物降解效能和反应途径。两物种幼虫降解三种PE的能力依次为LDPE>LLDPE>HDPE。通过热裂解气相色谱(Py-GCMS)分析虫粪的化学组成,降解产物的不同证实了两物种幼虫降解PE的途径存在差异。基于16S r RNA基因的高通量测序结果表明,两种幼虫的肠道菌群结构均与其食物密切相关,肠球菌(Enterococcus)为黄粉虫和黑粉虫生物降解PE的优势菌属。
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