Главная  Информация для покупателей  Почвенные микроорганизмы едят пластик

Почвенные микроорганизмы едят пластик

01 августа 2018


Тонкие мульчирующие полиэтиленовые пленки используются в сельском хозяйстве во многих странах и вызывают значительное загрязнение почвы. Недавно ученые из Цюриха нашли альтернативу этому методу мульчирования почв: пленки из биоразлагаемого полимера PBAT.

Через несколько недель нахождения пленок PBAT в почвах, многочисленные почвенные микроорганизмы колонизировали их поверхность, и началось биоразложение полимера. (Электронная микроскопия).

Наш мир тонет в потоке пластика. Ежегодно восемь миллионов тонн пластика оказывается в океанах. Сельскохозяйственным почвам также грозит загрязнение полимерами. Фермеры во всем мире применяют огромное количество полиэтиленовых (ПЭ) мульчирующих пленок для борьбы с сорняками, для повышения температуры почвы и сохранения ее влажности, что значительно увеличивает урожай. После сбора урожая фермерам часто невозможно собрать все использованные пленки, особенно когда они имеют размеры всего лишь в несколько микрометров. Обрывки пленки пробираются внутрь почвы и накапливаются в ней с течением времени, потому что ПЭ не подвергается биологическому распаду. Остатки пленки в почвах уменьшают их плодородие, препятствуют водному транспорту и тормозят рост сельскохозяйственных культур.

Исследователи из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) и Швейцарского федерального института водных наук и технологий (Eawag) недавно показали в междисциплинарном исследовании, что есть основания надеяться, что почвенные микробы способны минерализовать пленки из альтернативных полимеров. Используя специальное оборудование для исследования и химического анализа почвы, они продемонстрировали, что почвенные микроорганизмы полностью разлагают пленки, состоящие из нового полимера полибутиленадипат терефталата (PBAT). Их работа недавно опубликована в журнале «Science Advances». В исследовательском проекте, координируемом Майклом Сандером, Кристофер Макнейл и Ханс-Петер Колер и докторант ETH Zurich Майкл Зумштейн, продемонстрировали, что почвенные бактерии могут использовать данный полимер, как для производства энергии, так и для создания микробной биомассы. «Данное исследование впервые показало, что почвенные микроорганизмы минерализуют пленки PBAT в почвах и переносят углерод из полимера в свою биомассу», — говорит Майкл Сандер (Michael Sander), старший научный сотрудник группы экологической химии в научном отделе экологических систем ETH Zurich.Как и ПЭ, PBAT представляет собой полимер на основе нефти, который используется для производства различных продуктов, в том числе мульчи. Поскольку PBAT уже классифицировался как биодеградируемый в компосте, исследователи ETH и Eawag стремились оценить, подвергается ли PBAT биоразложению в сельскохозяйственных почвах. Для сравнения, ПЭ не биодеградирует ни в компосте, ни в почве.

В своих экспериментах исследователи использовали материал PBAT, специально синтезированный из мономеров и поэтому содержащий определенное количество стабильного изотопа углерода-13. Эта изотопная этикетка позволяла ученым отслеживать углерод, полученный из полимера, в процессе его биодеградации в почве. После биоразложения PBAT, почвенные микроорганизмы высвобождали углерод-13 из полимера. Используя изотоп-чувствительное аналитическое оборудование, исследователи обнаружили, что углерод-13 из PBAT не только перешел в двуокись углерода (CO2) в результате микробного дыхания, но и был включен в состав биомассы микроорганизмов, колонизирующих полимерную поверхность.

«Самое интересное в нашем исследовании то, что мы использовали стабильные изотопы для точного отслеживания углерода, полученного из PBAT, по разным биодеградирующим путям этого полимера в почве», — говорит Майкл Зумштейн. Благодаря этому исследователям удалось первыми и с высокой научной точностью продемонстрировать, что этот полимерный материал эффективно биоразлагается в почвах. Это важно, потому что не все материалы, которые в прошлом были обозначены как «биоразлагаемые», действительно соответствовали необходимым критериям. «По определению биодеградация требует, чтобы микробы метаболически использовали весь углерод полимера для производства энергии и образования биомассы, как мы теперь и продемонстрировали для PBAT», — говорит Ханс-Петер Колер, экологический микробиолог в Eawag. В определении подчеркивается, что биоразлагаемые пластмассы принципиально отличаются от тех пластиков, которые не минерализуются, а просто распадаются на крошечные пластиковые частицы, например, после воздействия на пластик солнечного света. «Многие пластмассы просто крошатся на мельчайшие фрагменты невидимые для невооруженного глаза, но которые сохраняются в окружающей среде в качестве микропластиков», — говорит Колер. В ходе своего эксперимента исследователи наполняли стеклянные бутылки объемом 0,1 литра 60 граммами почвы каждую, а затем помещали в эту почву пленки из PBAT, надежно их закрепляя. После шести недель инкубации ученые оценивали степень колонизации поверхности PBAT почвенными микроорганизмами. Затем они определяли количество СО2, которое было сформировано в инкубационных бутылках, и количество изотопа углерода-13, содержащегося в этом объеме CO2. Наконец, для наглядной демонстрации включение углерода из полимера в биомассу микроорганизмов, они сотрудничали с исследователями из Венского университета.

На этом этапе работы исследователи пока не могут с уверенностью сказать, в какой период PBAT разлагаются в почвах в естественных условиях, так как они проводили свои эксперименты в лаборатории, а не в поле. Для оценки биодеградации пленок PBAT в реальных условиях окружающей среды необходимы долгосрочные исследования, которые будут проводиться на различных видах почвы и в различных условиях окружающей среды. «К сожалению, пока рано праздновать победу: еще очень далеко до нахождения решения глобальной экологической проблемы загрязнения окружающей среды пластиком, но мы сделали очень важный первый шаг в направлении биоразлагаемости полимеров в почве», — говорит Сандер. В то же время он предостерегает от нереалистичных ожиданий беспроблемного биодеградирования пластмасс в окружающей среде: «Как мы показали, есть только надежда, что можно создавать биодеградируемые в почве полимеры. Однако результаты, полученные от тестирования материалов в почвах, не могут быть напрямую перенесены в другие природные среды. Например, биодеградация полимеров в морской воде может проходить значительно медленнее из-за других условий и других типов микробных сообществ».

Исследователи ожидают, что их открытие будет замечено в индустриальных кругах. «Мы разработали методы анализа, которые помогут промышленным предприятиям проводить проверку уровня влияний их пластмассовых изделий на окружающую среду», — говорит соавтор исследования Кристофер Макнейл. «Благодаря нашей разработке они могут переключиться на использование биоразлагаемых материалов при производстве тонких мульчирующих пленок вместо небиоразлагаемого полиэтилена», — добавляет он. Но пока до этого далеко, только несколько химических компаний начали выпускать и продавать более экологически чистые, но, увы, и более дорогие пленки PBAT. Среди них — немецкая компания BASF, которая одной их первых поддержала это исследование. "По сравнению с общим объемом пластика, который вводится в обращение, биоразлагаемые мульчирующие пленки играют далеко не первостепенную роль. Однако эти продукты являются важной отправной точкой для снижения нагрузки на сельскохозяйственные почвы, и в долгосрочной перспективе они способны защитить их от накопления пластика, говорит Сандер. Дополнительным вариантом уменьшения объема пластика, загрязняющего сельскохозяйственные почвы, является использование более толстых мульчирующих пленок, которые, кстати, часто используются в швейцарском сельском хозяйстве. Эти пленки могут быть собраны после использования, а затем либо повторно использованы, либо удалены путем сжигания.

Другая информация

19 апреля
Материал электроники будущего не оправдал себя

Уже несколько лет ученые занимаются поисками идеальных материалов для создания электроники будущего. Но ранее подходящий на эту роль кандидат показал свои новые свойства, чем разочаровал ученых.

16 апреля
Как музыка в контексте ее восприятия влияет на эмоции и стресс

Воздействуя на слуховой аппарат человека, можно добиться положительных результатов в вопросе здоровья его психики.

15 апреля
Производство белков возможно с помощью бактерий

Ученые сумели с помощью искусственно созданных бактерий производить труднодоступные белки.

11 апреля
«Умная ткань» обнаруживает опасные газы

Ученые создали нити-сенсоры, способные обнаруживать вредные газы и сигнализировать об этом изменением цвета.

10 апреля
Компания ООО ТД "Лабораторное оснащение" на выставке «Аналитика Экспо 2019»

Компания ООО ТД "Лабораторное оснащение" на выставке «Аналитика Экспо 2019»

Вся информация