《Journal of Environmental Sciences》：Biodegradation of high-density polyethylene, polyethylene terephthalate, and polystyrene microplastics by bacteria, fungi and algae: A polymer-specific review
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微塑料（MPs）已渗透全球环境并威胁生态系统，其降解机制与主要聚合物（HDPE、PET、PS）特性密切相关。生物降解通过微生物酶解实现，但受限于聚合物化学结构，目前仅PET具备完全矿化潜力，HDPE和PS仅发生表面氧化。研究需整合材料特性、微生物群落及环境因素，发展针对性生物降解策略并评估长期生态影响。
作者：Alicja Faszczewska、Alicja Piotrowska-Niczyporuk、Joanna Karpińska
比亚韦斯托克大学，精确与自然科学博士学院，Ciolkowskiego 1K，15-245 博维斯托克，波兰
摘要
微塑料虽然看不见，但却极具危害性，已经渗透到地球的每个角落：在海洋中漂浮，嵌入土壤中，甚至存在于人体血液中。微塑料（MPs）是指那些微小的塑料颗粒，它们可以是作为初级微塑料（即专门为某些产品如微珠和工业颗粒而制造的），也可以是次级微塑料（由较大的塑料碎片不断降解形成的）。更详细的分类将微塑料分为纳米塑料（1–1000纳米）、微塑料（1–1000微米）、中塑料（1–10毫米）和巨塑料（>10毫米）。最常见的持久性塑料包括高密度聚乙烯（HDPE）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）和聚苯乙烯（PS），这些塑料的耐久性使它们能够在环境中长期存在。微塑料不仅会对生物体造成物理压力，引发炎症、氧化损伤和细胞功能障碍，还会充当“化学特洛伊木马”，将持久性有机污染物、增塑剂和重金属带入生物系统。最近的研究表明，某些微生物（如藻类、细菌和真菌）在特定环境条件下能够降解合成聚合物。这些微生物在塑料废物转化过程中发挥着越来越重要的作用，凸显了它们在缓解微塑料积累方面的生态意义和潜力。微塑料危机不仅仅是一个污染问题，而是一场正在蔓延的生态破坏，它正在渗透食物网，改变微生物群落，并悄然威胁着生态系统的长期稳定性。
引言
自然环境（包括水、土壤和空气）的状态对于维持生态系统稳定性和支持人类福祉至关重要。然而，尽管这些系统具有自我修复的能力，但人为压力的加速仍持续破坏生态平衡，导致持久性污染物的积累。塑料是最广泛且难以处理的污染物之一，其分解产生的微塑料（MPs）现已在海洋、淡水、陆地和大气中检测到（Nyadjro等人，2023年）。微塑料不仅因其持久性和移动性而构成环境和健康风险，还因其能够吸附、浓缩和运输有害化合物（包括塑料添加剂和持久性有机污染物POPs）而带来危害（Carriera等人，2023年；Hildebrandt等人，2021年）。随着对微塑料污染研究的增加，人们越来越关注其生态后果，如氧化应激、炎症、代谢紊乱和生殖能力受损（Ghosh，2025年；Jeong等人，2024年；Prattichizzo等人，2024年）。同时，全球范围内也开始探索缓解微塑料积累的策略，这些方法涵盖了物理和化学处理以及基于自然的解决方案，其中生物降解因具有生态兼容性、选择性和适用性而在多种生态系统中显示出巨大潜力（Xiang等人，2023年）。微塑料的生物降解涉及塑料聚合物链的酶促断裂，使其分解成更小的颗粒，甚至最终矿化，产生二氧化碳（CO2）和水（H2O）（De Jesus和Alkendi，2023年）。
尽管已有许多综述文章探讨了微塑料污染、环境分布或生物降解原理，但相关研究仍较为零散。现有的综述大多集中在特定的微生物群体或单一聚合物上，或者仅从概念层面讨论生物降解过程，而没有整合不同聚合物的具体机制。因此，关于三种全球最常见且化学稳定性强的聚合物——高密度聚乙烯（HDPE）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）和聚苯乙烯（PS）的微生物降解过程中的独特挑战尚未得到全面比较。
本文旨在提供关于HDPE、PET和PS的生物降解的最新、针对具体聚合物的综述。通过整合当前关于细菌、真菌和藻类降解途径、酶促机制、预处理要求以及影响降解效率的环境因素的知识，本文为理解聚合物的降解特性和微生物反应提供了一个比较框架。此外，它还指出了当前存在的障碍和未来研究重点，这些对于推进基于生物技术和生态系统的微塑料污染解决方案至关重要。
方法论
我们遵循PRISMA指南进行了系统的文献搜索，以确保识别和选择相关研究的透明度。科学文章来源于Web of Science、Scopus、PubMed、ScienceDirect和Google Scholar（用于查找灰色文献和未收录的研究）。主要搜索范围为2019-2025年，反映了这一时期人们对微塑料降解研究的兴趣激增；同时也有选择性地纳入了早期出版物，以便提供更全面的视角。
环境中的微塑料：来源、影响与风险
过去几十年里，全球塑料产量急剧增加，每年超过3.9亿吨，这直接导致了环境中塑料衍生污染物的积累（Bui等人，2020年；Plastics Europe Market Research Group，2022年）。
微塑料通常被定义为微小的塑料颗粒，来源于较大塑料制品的分解或直接以微观尺寸制造。由于其尺寸和持久性，微塑料几乎无处不在。
微塑料的特性
根据尺寸，塑料废物可分为四个主要类别：i) 纳米塑料（1-1000纳米），ii) 微塑料（1-1000微米），iii) 中塑料（1-10毫米），iv) 巨塑料（>10毫米）（Hartmann等人，2019年）。微塑料通常根据来源分为初级微塑料（即专门制造的微观尺寸颗粒）和次级微塑料（由较大塑料制品通过化学、物理和生物过程分解形成）（Yang等人，2021年）。
在塑料废弃物中，
微塑料的生物降解机制
微塑料污染问题的日益严重促使人们开发出多种修复方法，但这些方法的效果各不相同（Ojha等人，2024年）。图2展示了物理、化学和生物方法的概述（Alramthi等人，2022年；Badola等人，2021年；Nabi等人，2020年；Tursi等人，2022年）。
物理方法（如过滤、沉淀、浮选和使用吸附剂）依赖于机械分离，在废水处理等工程系统中最为有效。
微塑料的生物降解：机制、途径与限制
生物降解过程是指“在体外或体内由酶催化的物质分解”（Gold等人，2025年）。根据聚合物转化的程度，微塑料的生物降解可以分为三个阶段：第一阶段表现为材料化学结构的变化，从而改变其性质和环境行为；第二阶段涉及进一步的转化。
HDPE的生物降解
HDPE是全球生产和使用最广泛的塑料之一，因其具有化学抗性、机械强度和耐久性而被广泛应用，应用于包装、建筑（包括压力和非压力管道）、运输以及农业系统（如地膜和灌溉设施）（En-Nejmy等人，2024年；Juan等人，2020年；Yao等人，2022年）。然而，这些特性也使其对环境造成显著影响。
结论与未来展望
本文提供了关于微塑料生物降解的综合性分析，重点关注聚合物特性，避免将实验室结果简单外推到实际环境或工程系统中。与许多仅关注微生物种类或实验结果的综述不同，我们指出降解途径和可实现的目标主要受聚合物骨架化学性质的影响，例如HDPE和PS主要经历氧化表面降解，而PET则有所不同。
作者贡献声明
Alicja Faszczewska：数据可视化、调查、数据整理、撰写与编辑、方法论构建、概念化。
Alicja Piotrowska-Niczyporuk：撰写与编辑、项目管理、监督、概念化。
Joanna Karpińska：撰写与编辑、项目管理、监督、概念化。
未引用的参考文献
Sang等人，2020年；Shereen等人，2025年；Viel等人，2023年；Dong等人，2024年；Hu等人，2021年；Kudzin等人，2023年；Lippold等人，2022年；Lourmpas等人，2024年；Mohanan等人，2020年；Pelegrini等人，2019年
