海洋塑料污染已成为全球性环境挑战，每年约有500-1300万吨塑料进入海洋，其中聚乙烯（PE）是微塑料的主要来源。虽然微生物降解被认为是缓解海洋塑料污染的重要途径，但传统研究方法如重量损失法、扫描电镜观察等在检测灵敏度和碳追踪方面存在局限，尤其对海洋环境中PE生物降解的确证证据尚显不足。
为突破方法学瓶颈，意大利博洛尼亚大学研究团队在《International Biodeterioration & Biodegradation》发表论文，采用稳定同位素示踪技术探究海洋细菌对13C标记聚乙烯的矿化能力。研究人员选取前期研究中显示降解潜力的三株海洋细菌——贝莱斯芽孢杆菌（Bacillus velezensis）MT9、泰坦尼克弗氏菌（Vreelandella titanicae）MT11和优美弗氏菌（V. venusta）MT1，通过测定13CO2生成量直接验证其矿化能力。
研究关键技术包括：利用波长扫描腔衰荡光谱（WS-CRDS）高精度检测δ13C值变化；模拟海洋环境对PE进行紫外线预处理（相当于亚热带海域50天辐照量）；通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）表征聚合物化学结构改变；采用 Schaeffer-Fulton染色法监测细菌孢子形成动态。
3.1 未处理13C-聚乙烯的化学表征
FTIR分析证实13C-PE在2919 cm-1和2850 cm-1处出现特征峰，且因13C同位素质量较大导致峰位向低波数偏移。
3.2 细菌介导的未处理PE矿化
仅贝莱斯芽孢杆菌MT9在140天培养中表现出矿化活性，δ13C值增加2.59‰，对应0.036%的质量损失。弗氏菌属菌株未检测到显著矿化作用，表明菌种间降解能力存在特异性差异。
3.3 贝莱斯芽孢杆菌介导的UV处理PE矿化
UV预处理使PE表面生成羰基和羟基官能团，显著提升MT9的矿化效率。含酵母提取物组在7天内达到0.181%矿化率，14天时最高达0.199%，无共基质组为0.094%。细菌生长曲线显示酵母提取物可促进初期菌体增殖，但14天后普遍进入孢子形成期。
研究结论表明，贝莱斯芽孢杆菌MT9可通过协同利用光降解产物实现PE的生物矿化，但过程受营养条件制约。将60天数据外推至全年，UV处理PE的预测矿化率可达0.737%/年。该研究首次为海洋芽孢杆菌属微生物的PE矿化能力提供了直接同位素证据，证实自然环境中的PE降解将是长期过程，需依赖光降解与微生物降解的协同作用。
讨论部分指出，当前PE生物降解速率缓慢可能与微生物尚未进化出专门降解碳-碳骨架聚合酶的适应性有关。未来研究方向应聚焦于从污染环境中筛选高效降解菌株，并通过实验室适应性进化培育新型工程酶。该研究建立的稳定同位素检测方法灵敏度达0.006%，为低降解率塑料的环境行为研究提供了重要技术支撑。
