近日，林業與生物技術學院博士研究生唐婭媛在《Journal of Hazardous Materials》（危險材料雜志）（中科院環境科學與生態學1區Top, IF 12.2 ）發表題為“Biodegradation of polystyrene bySpodoptera lituraandSpodoptera frugiperdalarvae (Lepidoptera: Noctuidae): Insights into the frass characterization and responses of gut microbiomes”（《斜紋夜蛾與草地貪夜蛾幼蟲（鱗翅目：夜蛾科）對聚苯乙烯的生物降解：排泄物表征與腸道微生物組響應機制的研究》）的研究論文。林業與生物技術學院吳鴻教授及浙江省農業科學院植物與微生物研究所張玨鋒副研究員為本文的共同通訊作者。浙江農林大學林業與生物技術學院為該論文第一單位和通訊作者單位。林業與生物技術學院王義平教授、浙江省農業科學院植物與微生物研究所陳建明研究員以及浙江省園林植物與花卉研究所張娟副研究員為共同作者。
聚苯乙烯（PS）在農業上的廣泛應用（農藥緩釋載體、地膜、土壤改良劑、保溫膜以及水培植物漂浮板等）導致農業生態系統中的微塑料（MPs）及納米塑料（NPs）濃度的增加。這些微塑料及其代謝產物會對土壤微生物群落以及暴露其環境中的生物（蚯蚓、蝸牛等）產生影響，并還可能通過食物鏈積累與轉移，進而對各種形式的生物體造成毒理學風險，對生態系統穩定性產生更深遠的影響。塑料的生物降解主要集中在鞘翅目擬步甲科及鱗翅目蠟螟科，而夜蛾科幼蟲對塑料的生物降解知之甚少。作為農林生態系統中的重大害蟲斜紋夜蛾和草地貪夜蛾，極易通過攝食和呼吸暴露于塑料環境中，然而這兩種幼蟲對PS是否有生物降解能力，以及塑料對它們存在何種影響，我們尚未得知。
本研究表明PS在經過幼蟲消化系統的“加工”后，排泄物的熱穩定性變差，含氧官能團(C-O, C=O, -OH)增多且殘留聚合物分子量顯著降低。幼蟲取食PS后腸道微生物群落結構發生改變，探明了兩種幼蟲腸道中與PS生物降解相關的核心菌群，且擁有更多PS生物標志物組成的協同代謝網絡更有利于幼蟲對PS的高效取食與降解；而降解過程中代謝途徑的改變（尤其是碳水化合物與脂質代謝途徑）揭示了幼蟲對PS的應激反應；本文提出了一種主要由腸道菌群介導的降解機制，說明了宿主和腸道微生物菌群共同對PS的生物降解起作用。這一突破激發了通過分離關鍵的微生物-酶共生體來開發塑料降解系統的可行性，為塑料廢物處理提供了一種可持續的高效、環保解決方案。該研究不僅首次報道了兩種夜蛾科幼蟲對塑料的生物降解，也是對微塑料影響農林昆蟲的重要補充。
本研究得到浙江省科技發展計劃項目、中國農業研究系統項目、浙江省三農九方科技合作項目資助。
（林生院 唐婭媛）
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