由于重量轻、耐用性强、生产成本低且易于加工，基于石油的塑料在全球范围内得到广泛应用。随着生产和消费量的增加，塑料垃圾造成的“白色污染”约占人类产生垃圾总量的54%[1,2]。塑料垃圾在土壤和水生环境中积累，其分解成微塑料对生态系统和人类健康构成严重威胁[3]。作为可持续替代品，可生物降解塑料因使用后可生物转化为水、二氧化碳、甲烷和生物质而受到越来越多的关注[4,5]。聚乳酸（PLA）就是一个典型例子，它被广泛应用于包装、工业材料、纺织品和生物医学领域[2]。
堆肥是一种有氧生物过程，用于生产有机肥料或土壤改良剂，可分为家庭堆肥和工业堆肥，通常分别在嗜温（20–45°C）和嗜热（55–60°C）条件下进行[6][7][8]。由于PLA的玻璃化转变温度（Tg）约为55°C，因此在嗜热条件下酯键断裂和初始水解步骤会迅速发生，而在Tg以下则进展缓慢[9,10]。例如，Mayekar和Auras[11]报告称，PLA在嗜热范围（45–60°C）内会发生水解，导致分子量迅速下降，从而使堆肥微生物能够利用PLA单体作为碳源。Al Hosni、Pittman和Robson[12]发现PLA样品在50°C下完全降解，而在25°C或37°C下则没有明显降解现象。这些研究表明，在嗜温条件下PLA的降解受到限制。尽管ASTM D6400规定家庭堆肥的最低标准为28°C[8]，但实验表明在该温度下PLA的降解极其有限，因为微生物活性较低。因此，选择35°C作为具有代表性的嗜温温度，以更好地反映生物活性堆肥条件，并便于与嗜热条件进行有意义的比较[11]。
随着PLA在堆肥环境中的降解，细菌群落组成会动态变化。Nguyen、Brdlík、Borůvka、Riha和Sevcu[13]观察了PLA薄膜堆肥过程中的细菌群落，并鉴定出Geobacillus、Thermoleophilum、Filomicrobium和Roseisolibacter为潜在的PLA降解菌。根据Lors、Leleux和Park[9]的研究，从堆肥、土壤和活性污泥中分离出的PLA降解菌主要属于放线菌门（Actinomycetes），包括Streptomyces、Laceyella和Pseudonocardia；其他属还包括Geobacillus、Bacillus、Pseudomonas和Stenotrophomonas。功能基因预测也揭示了参与降解过程的具体酶和代谢途径。例如，有研究探讨了PLA微塑料对沉积物中微生物群落的影响，重点关注与塑料降解及碳氮循环相关的基因[14]。然而，大多数以往的研究仅限于测量降解速率和在分类学水平上描述细菌群落，而参与PLA降解的功能基因仍大多未被探索。特别是在嗜温堆肥条件下，PLA降解速率、微生物群落和功能基因之间的动态关系仍不清楚。因此，本研究旨在通过预测堆肥环境中与细菌活性相关的功能基因，提供关于PLA降解机制的新见解。
本研究评估了PLA薄膜和颗粒在嗜温（35°C）和嗜热（58°C）堆肥条件下的降解情况。具体目标包括：（1）根据温度和材料形态阐明PLA的降解特性；（2）分析降解过程中细菌群落组成的变化；（3）预测和评估关键功能基因的时间模式，以识别潜在的降解相关基因。此外，还进行了降解速率、细菌群落组成和预测功能基因丰度之间的相关性分析，以深入了解PLA在堆肥条件下的生物降解过程。最后，在降解实验后使用堆肥进行了纯培养分离，以鉴定具有降解PLA能力的细菌菌株。
