任南琪院士团队ES&T：秸秆辅食强化粉甲属幼虫降解聚乙烯塑料的关键——肠道微生物组碳氮代谢作用机制

近日，哈尔滨工业大学任南琪院士团队丁杰教授、杨珊珊副教授课题组在环境领域著名学术期刊Environmental Science & Technology上发表了题为“Gut Microbiome Associating with Carbon and Nitrogen Metabolism during Biodegradation of Polyethene inTenebrio larvae with Crop Residues as Co-diets”的研究论文。该文探究了低密度聚乙烯(LDPE)泡沫（Mn=28.9 kDa, Mw=342.0 kDa）在与不同辅食（麦麸（WB）或玉米粉（CF），玉米秸秆（CS）和水稻秸秆（RS））共饲（4∶1，w/w）黄粉虫（Tenebrio molitor）和黑粉虫（Tenebrio molitor）幼虫条件下的生物降解，以及在27.0±0.5℃下培养28天后的肠道微生物组和代谢功能。研究表明，添加辅食增强了幼虫对LDPE的消耗，并使摄入的LDPE广泛解聚；饮食组成影响幼虫的肠道微生物多样性、潜在通路和代谢功能。本研究中，添加的辅食对幼虫发育和LDPE降解的影响顺序为WB或CF>CS>RS。共现网络表明，与单一食物相比，添加辅食后，啮食LDPE的幼虫表现出更复杂的肠道菌群结构。幼虫通过肠道菌群的协同作用从正常食物WB或CF以及秸秆CS和RS中获得能量和氮源，显著增强了LDPE的生物降解。与仅饲喂正常食物的幼虫相比，饲喂LDPE和LDPE +辅食的实验组幼虫的固氮功能受到了刺激，并且与LDPE的生物降解有关。本研究为啮食塑料昆虫在缓解生物降解塑料过程中的氮营养障碍提供了理论参考。

这项工作报道了黄粉虫和黑粉虫分别饲喂LDPE以及加各自的辅食（正常食物WB或CF以及作物秸秆RS和CS）后，共饲组幼虫对LDPE消耗和解聚效能增强的研究。本研究通过GPC、FTIR、1H MNR、TGA和高通量测序分析等手段，结合随机森林和共现网络等分析方法，解析了幼虫在啮食PE后，其肠道菌群协调氮素营养匮乏和PE生物降解效率的潜在机制。该项工作为研究肠道微生物在代谢/消化难降解寡氮有机物方面的作用机制提供了新的视角。

实验室杨珊珊副教授为论文的通讯作者，丁梦琪博士为第一作者。

文章链接：https://doi.org/10.1021/acs.est.2c05009