本文讨论了最具全球性的新兴问题之一——塑料和微塑料。塑料、微塑料、微生物、生物技术、环境和人类是探索2010年至今研究工作的关键词。文章介绍了塑料、微塑料和纳米塑料的分类、类型、分布、摄入、命运、影响、降解和对人类和野生动物的影响。重点介绍了目前对微生物辅助塑料、微塑料和纳米塑料的生物技术降解研究，并探讨了相关的降解特性和机制。特别是生物，如细菌，真菌等分解各种塑料的研究。值得注意的是，还提出了使用微生物降解塑料的可持续概念的观点。

2.1. 微塑料和纳米塑料的定义

2004年，Thompson等人首次提出了“微塑料”一词。科学界目前采用的通用定义是微塑料和纳米塑料是尺寸小于5毫米的塑料颗粒。如图所示，塑料的尺寸分为以下几种: 纳米塑料、微塑料、中塑料、宏观塑料和巨型塑料。

2.2. 微纳米塑料的分类

微纳米塑料按来源分为初级微纳米塑料和次级微纳米塑料。初级微塑料和纳米塑料是专门生产的小尺寸塑料珠。它们通常用于洁面产品、化妆品或爆炸性技术。在某些情况下，初级微塑料和纳米塑料也被用作治疗分子的载体来治疗疾病。次级微塑料和纳米塑料只是由大塑料片分解得到的小塑料片。它们是塑料碎片暴露在天气和阳光下时由塑料碎片形成的。此外，塑料碎片将大量的塑料材料分解成更小的碎片。其中，一些塑料的化学结构和密度如表所示。

表1.塑料及其化学结构。

2.3. 微塑料和纳米塑料：是福还是祸

20世纪初，塑料被誉为一种多功能材料。这种多用途材料因其轻巧、耐用、可改造、防水、绝缘体好、价格便宜等兼收并收的卓越性能而备受关注。近年来，微塑料和纳米塑料被制成颗粒、薄膜、泡沫、纤维和球体。此外，几种添加剂，如颜料、增塑剂、阻燃剂和抗氧化剂，在塑料制造过程中加入，这增强了塑料的性能和应用。然而，不幸的是，塑料的一些优点导致了对健康和环境的不利影响。例如，由于塑料的耐用性，它不会分解，因此，到目前为止，几乎每一个塑料分子仍在环境中，并将在数百年内保持这种状态。

此外，人们一直担心塑料可能造成有害和令人讨厌的污染。最近，人们对化妆品、灰尘颗粒、饮食习惯和塑料制品中的微塑料和纳米塑料上瘾。因此，科学家们认为，塑料一直是一种奇妙的创造，由于人类不加控制的使用，它突然从恩惠变成了祸害，这对生态产生了重大影响。

3.1. 微塑料和纳米塑料分布

微塑料和纳米塑料广泛分布在整个生态系统中。它们可以在淡水、咸水、深海床、冰芯、土壤、空气、生物体甚至人体中找到。了解不同途径的作用和重要性对于优先考虑减少微塑料和纳米塑料数量至关重要。

所有侵蚀和冲刷土地的物质都将处于水环境中。因此，一些研究表明，在所有大型湖泊中都发现了微塑料和纳米塑料，其总浓度为每平方公里43,000个颗粒。先前在淡水生态系统中发现的微塑料和纳米塑料的最大浓度水平为4000颗粒/公斤(在莱茵河中记录)。2018年进行的一项研究发现，微塑料和纳米塑料占海洋表面塑料碎片总量的92%。据科学家估计，到2020年，地球海床将含有约1400万吨微塑料和纳米塑料。根据海洋保护协会的数据，中国、泰国、印度尼西亚、菲律宾和越南这五个国家向海洋倾倒的塑料比其他所有国家加起来还多。Kelly等人表明，在南极洲东部的一个冰芯中发现了来自14种不同聚合物的96种微塑料和纳米塑料。此前在南极地表水和北极海冰中发现了塑料污染，这是首次在南极海冰中发现。在湿地环境中，微塑料和纳米塑料的浓度与植被盖度和茎密度相关。土壤动物，如蚯蚓、蜱虫和捕食者，可以通过消化过程将消耗的塑料减少为微塑料和纳米塑料，从而影响土壤中二级微塑料和纳米塑料的水平。

此外，在室内和室外的大气中都可以发现微塑料和纳米塑料。2019年进行的一项研究表明，微塑料和纳米塑料通过风在空气中传播到偏远地区。室内空气中的微纤维含量为每立方米1.0至60.0微纤维(33%为微塑料和纳米塑料)。另一项评估德黑兰街道灰尘颗粒中微塑料和纳米塑料含量的研究显示，10个街道灰尘样本中含有2649个微塑料和纳米塑料，样品浓度为每30.0 g街道灰尘83至605个颗粒(±10个)。

3.2. 微塑料的影响

3.2.1. 对环境和生物的影响

微塑料和纳米塑料被认为是无毒的惰性颗粒。然而根据暴露程度和易感性，微塑料和纳米塑料目前被认为对生物体有潜在危害。最近，有证据表明微和纳米塑料对微生物的影响。特别是，Oliveira等人将对生物体的潜在危害分为生物效应、化学效应和物理效应。缠结和摄入塑料颗粒是对身体最严重的两种影响。缠结、刮伤、内部和外部溃疡以及胃肠道阻塞会对消耗微纳米塑料的生物体造成物理损伤或死亡。此外，微塑料和纳米塑料会堵塞食物通道或粘在组织上。几乎在所有动物学水平上都可以检测到微塑料和纳米塑料的摄入，例如浮游动物、鱼类、深海无脊椎动物、蠕虫、蛤蜊、牡蛎、海龟、海豚、鲸鱼和海鸟。它可能不会直接杀死生物体，然而摄入微塑料和纳米塑料会造成慢性影响，这是一个重大问题。微塑料和纳米塑料通过不同的途径和机制被意外摄入，对动物造成有害影响。例如，聚苯乙烯可以迁移到血液循环中。对于牡蛎，暴露于聚苯乙烯两个月后，发现卵母细胞计数，精子直径和速度减少。

3.2.2. 对人类健康的影响

由于微和纳米塑料的高表面积，可能导致细胞毒性、氧化应激和向其他组织的迁移。此外，微塑料和纳米塑料是持久性的，因此它们从体内被清除的可能性很小。这会导致慢性炎症，增加患癌症的几率。另一方面，微塑料和纳米塑料也可能与免疫疾病或神经退行性疾病有关。此外，微塑料和纳米塑料可能会从其基质结构中释放化学物质，或者从生态系统中吸收化学物质，或者作为携带和传播有害微生物的媒介，从而产生毒性。

当使用化妆品、磨砂膏、牙膏、洗手液甚至瓶装水时，主要的微塑料和纳米塑料颗粒会被我们的身体吸收。微型和纳米塑料中含有的有毒化学物质，如多氯联苯或邻苯二甲酸盐，以及吸附在微型和纳米塑料表面的其他污染物，由于微型和纳米塑料的物理性质，可能对人体有害。此外，微纳米塑料在海产品(如摄入微纳米塑料的蛤、牡蛎、螃蟹、海参和鱼类)中的积累也严重危害消费者的健康。牙膏中的微、纳米塑料和微珠碎片会在不知不觉中被消耗，并通过消化系统积累。德国联邦政府已经评估了含有微聚乙烯颗粒的洗面奶、洗手液、牙膏和其他口腔护理产品的健康风险。结果表明，长期使用含有大于1 μm微塑料的面部去角质产品和沐浴露产品，会导致组织中聚丙烯和聚乙烯颗粒的积累，对皮肤有害。此外，微塑料和纳米塑料的吸收会引起染色体的变化，导致不育、癌症和肥胖。下图描述了微塑料和纳米塑料污染对人体健康的各种影响。

图3.塑料污染对人类健康的不利影响。

3.3. 微塑料、纳米塑料污染治理及其解决方案

河流流域、淡水湖泊（天然和人工）和废水处理厂的塑料、微塑料和纳米塑料废物污染直接影响生活用水、健康和当地经济状况。2017年，全球各条河流每年流入的塑料中有67%来自亚洲。由于相对稳定的物理化学性质，微纳米塑料可以在环境中持续很长时间。自然界中的塑料，尤其是微塑料和纳米塑料，会对水体、野生动物、生态系统和人类健康产生负面影响。2018年，一项对19个不同国家的10个城市的瓶装饮用水中微塑料和纳米塑料含量的研究发现：在研究的259个样本中，高达93%的样本被微塑料和纳米塑料污染，10升瓶装水中平均有4.100个颗粒。特别是，聚丙烯是最受欢迎的微纳米塑料类型，比例为54%，这也是用于生产瓶盖的塑料。此外，研究结果还表明，小尺寸的微纳米塑料（6.5-100 μm）在325 L瓶装水中的浓度为1个颗粒。从研究结果可以得出结论，瓶装水中存在源自制造和装瓶过程的微纳米塑料颗粒。在81个国家的159个自来水样本中，有12%含有废弃的微塑料和纳米塑料，其中98.3%是长度从0.1毫米到5毫米不等的塑料纤维。如图所示，Kosuth及其同事提出了一个模型，估计每个人通过饮食每年消耗约5800个微纳米塑料，其中大部分来自生活用水（88%）。

图4.世界各国自来水样品中含有微塑料和纳米塑料的比率。

3.4. 微纳米塑料污染处理的解决方案

微塑料和纳米塑料污染的解决方案可分为遏制、缓解和分离。所有这三组方法都旨在通过影响感染源来限制微塑料和纳米塑料渗透到环境中。遏制解决方案主要侧重于塑料掩埋和回收。为了很好地实施这一解决方案，有必要对废物进行正确分类，并确保必须关闭垃圾填埋场，以限制微塑料和纳米塑料渗入环境。缓解解决方案的重点是制定法规和政策，以控制微塑料和纳米塑料流入的数量。制定严格的乱扔垃圾法规，以减少废物处理以及微塑料和纳米塑料污染（UNEA，2016）。一些国家已经禁止在化妆品中非法使用微塑料和纳米塑料（UNEA，2016）。政府资助教育活动，以鼓励其他国家可接受的废物管理实践，例如回收和使用废物容器（UNEA，2016）。此外，专注于从废水流中分离微塑料和纳米塑料，这将防止它们进入生态系统。然而，废水和处理过的污泥仍然可能被微塑料和纳米塑料污染。

4.1. 概述

没有微生物活动，塑料的降解率通常很低。根据聚合物类型和环境条件的不同，它们的半衰期可以从数亿年到数百万年不等。所有曾经生产的塑料今天仍然存在(除了燃烧材料)。目前，微、纳米塑料在微生物存在下的生物降解正变得越来越明显。微生物被认为是分解许多微塑料和纳米塑料的环保方案，包括低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯(PE)、聚己内酯(PCL)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚苯乙烯(PS)和聚氯乙烯(PVC)。聚合物分子可以被微生物积累、代谢或被它们的细胞外酶分解。表中列出了几项关于微和纳米塑料生物降解效率的研究。

表2.微生物对塑料的降解效率。

4.2. 细菌降解微塑料和纳米塑料

细菌通过酶的代谢活动将不同的复杂化学结构转化为不太复杂的化学结构。特定材料的特性，如表面自由能、表面粗糙度、表面静电相互作用和表面疏水性，会影响细菌生物膜的形成。一项研究表明，在冰冷的海水（波罗的海沿岸）中积累的微纳米塑料表面两周后形成了含有红杆菌属的膜。还观察到，在低环境温度下，塑料的降解性非常差。地球大部分地区通常是寒冷的（<5°C）和无人居住，因为超过70%的地球被海水覆盖，主要是深海，三分之二的稳定温度只有大约2°C。然而，细菌仍然可以在这种不利条件下生存和生长，并具有许多明显的特征。其中，寒冷地区的一些微生物能够分解塑料。越来越多的塑料垃圾泄漏到海洋中，可以为底栖生物的生长创造新的土壤。在海水中，塑料释放溶解的有机碳，刺激异养细菌的性能。通过适应新的碳源，细菌可以产生能够降解塑料的新酶。因此，塑料垃圾生物降解的潜在可能性包括海洋微生物。

在用于生物降解的显着微生物物种中，关节杆菌、棒状杆菌、微球菌、假单胞菌、红球菌和链霉菌最常被强调。从南极洲西北部三个冰川的冰锥岩中获得的十二种菌株可以产生脂肪酶。这种酶水解脂质和一些聚酯中的酯键。发现具有脂肪酶性能的适应寒冷的细菌菌株对于生物降解至关重要，因为一些脂肪酶可以水解聚酯塑料，例如聚己内酯。除了上面提到的脂肪酶外，可生物降解的潜在酶包括解聚酶（聚（-β-羟基丁酸酯）（PHB）解聚酶，聚羟基链烷酸（PHA）解聚酶，聚己内酯（PCL）解聚酶，聚（L-乳酸）（PLA）解聚酶），蛋白酶（抗蛋白酶K），角质酶，酯酶，脲酶和脱水酶。添加含有添加剂的聚合物会影响其热敏感性和吸收紫外线的能力，从而加速生物降解。此外，化学敏感的聚合物允许微生物更有效地附着和生长。一项研究报告称，在-1°C下生长的细菌可以释放出最令人难以置信的蛋白酶。在最近的一项研究中，Austin等人表征并提出了一种能够降解PET塑料的新酶。它是PETase（PET消化酶），PETase可以有效地降解一种重要的聚乙烯-2，5-呋喃二羧酸酯，PET替代品，可能回收生物基塑料。

塑料污染，特别是微塑料和纳米塑料污染，对环境、生物甚至人类造成了许多负面影响。已经提出了许多塑料废物处理的解决方案(三个主要的解决方案:遏制、缓解和分离)。近年来，微塑料和纳米塑料的生物降解方法引起了人们的极大关注，这些方法被认为是绿色环保的。本研究着重强调了最近的研究成果，这些发现证明了许多生物可以生物降解微纳米塑料，如藻类，真菌，细菌，甚至昆虫(蠕虫)。已经检索了Scopus数据库中的数据和参考文献，以了解关于该主题的所有可用研究报告。特别是，塑料的尺寸分为:纳米塑料，微塑料，中塑料，宏观塑料和巨型塑料。根据来源，塑料分为两种:初级塑料和次级塑料。由于塑料的耐用性，它不会分解。实际上，微塑料和纳米塑料的每一个分子都广泛分布在整个生态系统中，并可能对环境、生物和人类健康产生重大影响。聚合物分子可以被微生物积累、代谢，或者被它们的细胞内或细胞外酶分解。自然地，细菌、真菌、藻类、蓝藻和酶可以将不同的化学结构转化并分解成不那么复杂的结构。值得注意的是，这些物种在塑料废物处理中的应用还没有得到有效和广泛的应用。