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需要一篇小学五年级的科学小论文,适合小学的 快点急啊!!!!!!!

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    微生物(microorganism简称microbe)是包括细菌、病毒、真菌以及一些小型的原生动物等在内的一大类生物群体,它个体微小,却与人类生活密切相关。微生物在自然界中可谓“无处不在,无处不有”,涵盖了有益有害的众多种类,广泛涉及健康、医药、工农业、环保等诸多领域。
    一般地,在中国大陆地区的教科书中,均将微生物划分为以下8大类:细菌、病毒、真菌、放线菌、立克次体、支原体、衣原体、螺旋体。
    能引起人和动物致病的微生物叫病源微生物有八大类:
    1.真菌:引起皮肤病。深部组织上感染。
    2放线菌:皮肤,伤口感染。
    3螺旋体:皮肤病,血液感染 如梅毒,钩端螺旋体病。
    4细菌:皮肤病化脓,上呼吸道感染 ,泌尿道感染,食物中毒,败血压症,急性传染病等。
    5立克次氏体:斑疹伤寒等。
    6衣原体:沙眼,泌尿生殖道感染。
    7病毒:肝炎,乙型脑炎,麻疹,艾滋病等。
    8支原体:肺炎,尿路感染。
    生物界的微生物达几万种,大多数对人类有益,只有一少部份能致病。有些微生物通常不致病,在特定环境下能引起感染称条件致病菌。 能引起食品变质,腐败,正因为它们分解自然界的物体,才能完成大自然的物质循环。
    有些人误将真菌当作细菌,是一种比较普遍的误解。尤其以80年代以前未受过系统生物学教育者。
    微生物对人类最重要的影响之一是导致传染病的流行。在人类疾病中有50%是由病毒引起。世界卫生组织公布资料显示:传染病的发病率和病死率在所有疾病中占据第一位。微生物导致人类疾病的历史,也就是人类与之不断斗争的历史。在疾病的预防和治疗方面,人类取得了长足的进展,但是新现和再现的微生物感染还是不断发生,像大量的病毒性疾病一直缺乏有效的治疗药物。一些疾病的致病机制并不清楚。大量的广谱抗生素的滥用造成了强大的选择压力,使许多菌株发生变异,导致耐药性的产生,人类健康受到新的威胁。一些分节段的病毒之间可以通过重组或重配发生变异,最典型的例子就是流行性感冒病毒。每次流感大流行流感病毒都与前次导致感染的株型发生了变异,这种快速的变异给疫苗的设计和治疗造成了很大的障碍。而耐药性结核杆菌的出现使原本已近控制住的结核感染又在世界范围内猖獗起来。
    微生物千姿百态,有些是腐败性的,即引起食品气味和组织结构发生不良变化。当然有些微生物是有益的,它们可用来生产如奶酪,面包,泡菜,啤酒和葡萄酒。微生物非常小,必须通过显微镜放大约1000 倍才能看到。比如中等大小的细菌,1000个叠加在一起只有句号那么大。想像一下一滴牛奶,每毫升腐败的牛奶中约有5千万个细菌,或者讲每夸脱牛奶中细菌总数约为50亿。也就是一滴牛奶中可有含有50 亿个细菌。
    微生物能够致病,能够造成食品、布匹、皮革等发霉腐烂,但微生物也有有益的一面。最早是弗莱明从青霉菌抑制其它细菌的生长中发现了青霉素,这对医药界来讲是一个划时代的发现。后来大量的抗生素从放线菌等的代谢产物中筛选出来。抗生素的使用在第二次世界大战中挽救了无数人的生命。一些微生物被广泛应用于工业发酵,生产乙醇、食品及各种酶制剂等;一部分微生物能够降解塑料、处理废水废气等等,并且可再生资源的潜力极大,称为环保微生物;还有一些能在极端环境中生存的微生物,例如:高温、低温、高盐、高碱以及高辐射等普通生命体不能生存的环境,依然存在着一部分微生物等等。看上去,我们发现的微生物已经很多,但实际上由于培养方式等技术手段的限制,人类现今发现的微生物还只占自然界中存在的微生物的很少一部分。
    微生物间的相互作用机制也相当奥秘。例如健康人肠道中即有大量细菌存在,称正常菌群,其中包含的细菌种类高达上百种。在肠道环境中这些细菌相互依存,互惠共生。食物、有毒物质甚至药物的分解与吸收,菌群在这些过程中发挥的作用,以及细菌之间的相互作用机制还不明了。一旦菌群失调,就会引起腹泻。
    随着医学研究进入分子水平,人们对基因、遗传物质等专业术语也日渐熟悉。人们认识到,是遗传信息决定了生物体具有的生命特征,包括外部形态以及从事的生命活动等等,而生物体的基因组正是这些遗传信息的携带者。因此阐明生物体基因组携带的遗传信息,将大大有助于揭示生命的起源和奥秘。在分子水平上研究微生物病原体的变异规律、毒力和致病性,对于传统微生物学来说是一场革命。
    以人类基因组计划为代表的生物体基因组研究成为整个生命科学研究的前沿,而微生物基因组研究又是其中的重要分支。世界权威性杂志《科学》曾将微生物基因组研究评为世界重大科学进展之一。通过基因组研究揭示微生物的遗传机制,发现重要的功能基因并在此基础上发展疫苗,开发新型抗病毒、抗细菌、真菌药物,将对有效地控制新老传染病的流行,促进医疗健康事业的迅速发展和壮大!
    从分子水平上对微生物进行基因组研究为探索微生物个体以及群体间作用的奥秘提供了新的线索和思路。为了充分开发微生物(特别是细菌)资源,1994年美国发起了微生物基因组研究计划(MGP)。通过研究完整的基因组信息开发和利用微生物重要的功能基因,不仅能够加深对微生物的致病机制、重要代谢和调控机制的认识,更能在此基础上发展一系列与我们的生活密切相关的基因工程产品,包括:接种用的疫苗、治疗用的新药、诊断试剂和应用于工农业生产的各种酶制剂等等。通过基因工程方法的改造,促进新型菌株的构建和传统菌株的改造,全面促进微生物工业时代的来临。
    工业微生物涉及食品、制药、冶金、采矿、石油、皮革、轻化工等多种行业。通过微生物发酵途径生产抗生素、丁醇、维生素C以及一些风味食品的制备等;某些特殊微生物酶参与皮革脱毛、冶金、采油采矿等生产过程,甚至直接作为洗衣粉等的添加剂;另外还有一些微生物的代谢产物可以作为天然的微生物杀虫剂广泛应用于农业生产。通过对枯草芽孢杆菌的基因组研究,发现了一系列与抗生素及重要工业用酶的产生相关的基因。乳酸杆菌作为一种重要的微生态调节剂参与食品发酵过程,对其进行的基因组学研究将有利于找到关键的功能基因,然后对菌株加以改造,使其更适于工业化的生产过程。国内维生素C两步发酵法生产过程中的关键菌株氧化葡萄糖酸杆菌的基因组研究,将在基因组测序完成的前提下找到与维生素C生产相关的重要代谢功能基因,经基因工程改造,实现新的工程菌株的构建,简化生产步骤,降低生产成本,继而实现经济效益的大幅度提升。对工业微生物开展的基因组研究,不断发现新的特殊酶基因及重要代谢过程和代谢产物生成相关的功能基因,并将其应用于生产以及传统工业、工艺的改造,同时推动现代生物技术的迅速发展。
    农业微生物基因组研究认清致病机制发展控制病害的新对策
    据资料统计,全球每年因病害导致的农作物减产可高达20%,其中植物的细菌性病害最为严重。除了培植在遗传上对病害有抗性的品种以及加强园艺管理外,似乎没有更好的病害防治策略。因此积极开展某些植物致病微生物的基因组研究,认清其致病机制并由此发展控制病害的新对策显得十分紧迫。
    经济作物柑橘的致病菌是国际上第一个发表了全序列的植物致病微生物。还有一些在分类学、生理学和经济价值上非常重要的农业微生物,例如:胡萝卜欧文氏菌、植物致病性假单胞菌以及我国正在开展的黄单胞菌的研究等正在进行之中。日前植物固氮根瘤菌的全序列也刚刚测定完成。借鉴已经较为成熟的从人类病原微生物的基因组学信息筛选治疗性药物的方案,可以尝试性地应用到植物病原体上。特别像柑橘的致病菌这种需要昆虫媒介才能完成生活周期的种类,除了杀虫剂能阻断其生活周期以外,只能通过遗传学研究找到毒力相关因子,寻找抗性靶位以发展更有效的控制对策。固氮菌全部遗传信息的解析对于开发利用其固氮关键基因提高农作物的产量和质量也具有重要的意义。
    环境保护微生物基因组研究找到关键基因降解不同污染物
    在全面推进经济发展的同时,滥用资源、破坏环境的现象也日益严重。面对全球环境的一再恶化,提倡环保成为全世界人民的共同呼声。而生物除污在环境污染治理中潜力巨大,微生物参与治理则是生物除污的主流。微生物可降解塑料、甲苯等有机物;还能处理工业废水中的磷酸盐、含硫废气以及土壤的改良等。微生物能够分解纤维素等物质,并促进资源的再生利用。对这些微生物开展的基因组研究,在深入了解特殊代谢过程的遗传背景的前提下,有选择性的加以利用,例如找到不同污染物降解的关键基因,将其在某一菌株中组合,构建高效能的基因工程菌株,一菌多用,可同时降解不同的环境污染物质,极大发挥其改善环境、排除污染的潜力。美国基因组研究所结合生物芯片方法对微生物进行了特殊条件下的表达谱的研究,以期找到其降解有机物的关键基因,为开发及利用确定目标。
    极端环境微生物基因组研究深入认识生命本质应用潜力极大
    在极端环境下能够生长的微生物称为极端微生物,又称嗜极菌。嗜极菌对极端环境具有很强的适应性,极端微生物基因组的研究有助于从分子水平研究极限条件下微生物的适应性,加深对生命本质的认识。
    有一种嗜极菌,它能够暴露于数千倍强度的辐射下仍能存活,而人类一个剂量强度就会死亡。该细菌的染色体在接受几百万拉德a射线后粉碎为数百个片段,但能在一天内将其恢复。研究其DNA修复机制对于发展在辐射污染区进行环境的生物治理非常有意义。开发利用嗜极菌的极限特性可以突破当前生物技术领域中的一些局限,建立新的技术手段,使环境、能源、农业、健康、轻化工等领域的生物技术能力发生革命。来自极端微生物的极端酶,可在极端环境下行使功能,将极大地拓展酶的应用空间,是建立高效率、低成本生物技术加工过程的基础,例如PCR技术中的TagDNA聚合酶、洗涤剂中的碱性酶等都具有代表意义。极端微生物的研究与应用将是取得现代生物技术优势的重要途径,其在新酶、新药开发及环境整治方面应用潜力极大。

问:我国科学家发现能降解塑料菌群,此发现有何重大意义?

  • 答:
  • 答:这样的发现有着非常重大的意义,而且这样的发现在一定程度上有利于对塑料制品的降解,而且也能够为环保事业做出巨大的贡献。
  • 答:此发现的重大意义就是以后环境能够得到大面积的保护了,因为塑料对环境的污染和伤害是非常大的,之前不能降解的时候,一个塑料袋还能保存几十年都不会坏。
  • 答:有利于降解塑料垃圾,比如塑料袋塑料框,塑料饭盒等。对于环境的保护和资源的循环利用有很重要的意义。

问:塑料的生物降解?

  • 答:“塑料在黄粉虫肠道快速生物降解,揭示了丢弃在环境中塑料废物的新命运。”北京航空航天大学杨军教授说。
    塑料在环境中难以自然降解,而聚苯乙烯又是其中之最,由于高分子量和高稳定性,普遍认为微生物无法降解聚苯乙烯类塑料。2015年北京航空航天大学杨军教授研究组、深圳华大基因公司赵姣博士等在环境学科领域的权威期刊《EnvironmentalScience&Technology》上合作发表了两篇姊妹研究论文,证明了黄粉虫(面包虫)的幼虫可降解聚苯乙烯这类最难降解的塑料。
    该研究显示,以聚苯乙烯泡沫塑料作为唯一食源,黄粉虫幼虫可存活1个月以上,最后发育成成虫,其所啮食的聚苯乙烯被完全降解矿化为CO2或同化为虫体脂肪。这种发现为解决全球性的塑料污染问题提供了思路。 石油化工生产的塑料废物污染是世界环境难题。大部分塑料一次性消费使用后即被丢弃。迄今为止学术界认为,塑料产品由于物理化学结构稳定、在自然环境中可能数十至数百年不会被分解。
    杨军教授介绍,2013年全球消费2.99亿吨塑料,其中聚苯乙烯类塑料占7%,每年消耗约2100万吨,常见的塑料饭盒、咖啡杯等可承受开水温度的材料即为聚苯乙烯。权威的调查已经表明,聚苯乙烯这种塑料在土壤、污泥、腐烂垃圾,或粪肥微生物群落里,4个月仅降解0.01%-3%的范围。
    每年全世界有4000万吨的废弃塑料在环境中积累,中国每年约有200万吨废弃塑料丢在环境里。以农田用农膜为例,我国农膜年产量达百万吨,且以每年10%的速度递增,无论覆盖何种作物,所有覆膜土壤都有残膜。据统计,我国农膜年残留量高达35万吨,残膜率达42%,大量残膜遗留在农田0-30厘米的耕作层。也就是说,有近一半的农膜残留在土壤中,食品安全方面是一个极大隐患。
    “塑料在土壤中完全被微生物同化,降解成CO2和水实现无机矿化,可能需要200-400年时间,从而造成在环境中的积累。”杨军教授告诉羊城晚报记者。 2005年起,杨军团队开始研究塑料生物降解。主攻最难降解的聚苯乙烯等塑料降解。
    科学家此前使用几种土壤无脊椎动物实验,如蚯蚓、千足虫、蛞蝓、蜗牛等看看其能否吃掉塑料。在饲喂14C标记的塑料如聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP),结果显示无法降解。
    杨军认为,生物降解塑料的思路要开拓,不能只局限于微生物,可以考虑鳞翅目昆虫、白蚁等,海洋中的蛀船虫和钻孔蚌能侵蚀聚乙烯和海底电缆,也可考虑从这些生物中分离并克隆能产生活性基团的关键酶及其基因。
    杨军团队的2014年研究发现,蜡虫(印度谷螟幼虫)能够咀嚼和进食聚乙烯PE薄膜,幼虫肠道分离出能够降解PE薄膜的两种菌株,即肠杆菌属YT1和芽孢杆菌YP1。随后研究团队发现,黄粉虫幼虫是一种吃掉塑料更为厉害的动物,其尺寸比蜡虫更大(通常长35毫米,宽度3毫米),其可以将泡沫塑料作为唯一食品。黄粉虫有4个生活阶段:卵、幼虫、蛹和成虫。
    黄粉虫又叫面包虫,在昆虫分类学上隶属于鞘翅目,拟步行虫科,粉甲虫属(拟步行虫属)。原产北美洲,50年代从前苏联引进中国饲养,黄粉虫被誉为“蛋白质饲料库”。其干品含脂肪30%,含蛋白质高达50%以上,此外还含有磷、钾、铁等多种元素。干燥的黄粉虫幼虫含蛋白质40%左右、蛹含57%、成虫含60%。
    在中国国内,黄粉虫实际上类似蚕,人类可以直接食用,炒着吃,也可以用来做饲料,黄粉虫作饲料喂养的蝎子、蜈蚣、蛤蚧、蛇、热带鱼和金鱼,不仅生长快、成活率高,而且抗病力强,繁殖力也大大提高。养殖黄粉虫十分容易,养殖户可用新鲜燕麦、小麦糠、苹果养殖。 杨军教授的团队从中石化燕山分公司购买了聚苯乙烯塑料原料,这些原料中没有添加剂和催化剂。而α-13C、β-13C标记的聚苯乙烯塑料样品则从美国购买。黄粉虫从北京大兴、河北秦皇岛等昆虫养殖场购买,用谷物饲养,这些虫子位于3-4虫龄(即褪了3-4次皮)。
    这些黄粉虫被放置在一个有泡沫塑料块的聚丙烯塑料容器里。实验人员定期测量被黄粉虫吃掉的泡沫塑料块重量,对照组是常规麦麸饲养的黄粉虫,实验中500个黄粉虫以5.8克的泡沫为唯一食物,在控制条件的温室中单独饲养(25±1°C,80±2%湿度,和16:8光/暗周期)。在孵化过程中,死亡的黄粉虫立即去除。
    杨军等人在实验中,以泡沫塑料为单一食源喂养黄粉虫幼虫。对比正常饲养(喂食麸皮)和停食的幼虫,结果发现,在16天实验期内,幼虫干重尽管并未如正常饲养的幼虫显著增加(+33.6%),仅小量增加了0.2%(这是由于相比麸皮,泡沫塑料的水含量和营养价值较低),但也未像停食的幼虫干重明显降低(-24.9%),并且对比喂食塑料和麸皮两组的幼虫存活率,并无明显差异。
    100只黄粉虫每天可以吃掉34-39毫克的泡沫塑料。在16天的试验期,虫子摄入泡沫塑料中47.7%转化为CO2。而残留(约49.2%)被转化为类似兔粪便的生物降解颗粒被排泄出体外。试验用α-13C或β-13C标记的聚苯乙烯塑料证实其被矿化为碳13标记二氧化碳和脂类。幼虫肠道内聚苯乙烯泡沫停留时间不超过24小时就降解。
    用聚苯乙烯泡沫塑料作为唯一食物的幼虫,与那些喂以正常食物(麦麸)的虫子过了1个月后,健康情况一样,最后发育成甲壳成虫。黄粉虫在泡沫上吃出了一个一个洞。通过虫子的肠道后,摄入的泡沫塑料的化学结构和组成发生变化。通过采用凝胶渗透色谱(GPC)、碳13的核磁共振光谱,热重傅里叶变换红外光谱,证实了幼虫肠道中聚苯乙烯长链分子断裂形成虫子代谢产物随着粪便排出。
    实验还进一步在幼虫肠道中成功分离出可以利用聚苯乙烯为唯一碳源进行生长的聚苯乙烯降解细菌——微小杆菌YT2(Exiguobacteriumsp.YT2)。该菌株已保存在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心和国家基因库,是国际上报道的第一株保存在菌种中心的聚苯乙烯降解细菌。 我们通常所用的塑料并不是一种纯物质,它是由许多材料配制而成的。其中高分子聚合物(或称合成树脂)是塑料的主要成分,此外,为了改进塑料的性能,还要在高分子化合物中添加各种辅助材料,如填料、增塑剂、润滑剂、稳定剂、着色剂、抗静电剂等,才能成为性能良好的塑料。
    塑料助剂又叫塑料添加剂,是聚合物(合成树脂)进行成型加工时为改善其加工性能或为改善树脂本身性能所不足而必须添加的一些化合物。例如,为了降低聚氯乙烯树脂的成型温度,使制品柔软而添加的增塑剂;又如为了制备质量轻、抗振、隔热、隔音的泡沫塑料而要添加发泡剂;有些塑料的热分解温度与成型加工温度非常接近,不加入热稳定剂就无法成型。因而,塑料助剂在塑料成型加工中占有特别重要的地位。 防止塑料在加热成型或在高温使用过程中受热氧化,而使塑料变黄,发裂等。
    除了上述助剂外,塑料中还可加入阻燃剂、发泡剂、抗静电剂、导电剂、导磁剂、相容剂等。以满足不同的使用要求。 根据各种塑料不同的使用特性,通常将塑料分为通用塑料、工程塑料和特种塑料三种类型。
    ①通用塑料
    一般是指产量大、用途广、成型性好、价格便宜的塑料。通用塑料有五大品种,即聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)及丙烯腈─丁二烯─苯乙烯共聚合物(ABS)。这五大类塑料占据了塑料原料使用的绝大多数,其余的基本可以归入特殊塑料品种,如:PPS、PPO、PA、PC、POM等,它们在日用生活产品中的用量很少,主要应用在工程产业、国防科技等高端的领域,如汽车、航天、建筑、通讯等领域。塑料根据其可塑性分类,可分为热塑性塑料和热固性塑料。通常情况下,热塑性塑料的产品可再回收利用,而热固性塑料则不能,根据塑料的光学性能来分,可分为透明、半透明及不透明原料,如PS、PMMA、AS、PC等属于透明塑料,而其它大多数塑料都为不透明塑料。
    常用塑料品种性能及用途
    1.聚乙烯:常用聚乙烯可分为低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)和线性低密度聚乙烯(LLDPE)。三者当中,HDPE有较好的热性能、电性能和机械性能,而LDPE和LLDPE有较好的柔韧性、冲击性能、成膜性等。LDPE和LLDPE主要用于包装用薄膜、农用薄膜、塑料改性等,而HDPE 的用途比较广泛,薄膜、管材、注射日用品等多个领域。
    2.聚丙烯:相对来说,聚丙烯的品种更多,用途也比较复杂,领域繁多,品种主要有均聚聚丙烯(homopp),嵌段共聚聚丙烯(copp)和无规共聚聚丙烯(rapp),根据用途的不同,均聚主要用在拉丝、纤维、注射、BOPP膜等领域,共聚聚丙烯主要应用于家用电器注射件,改性原料,日用注射产品、管材等,无规聚丙烯主要用于透明制品、高性能产品、高性能管材等。
    3.聚氯乙烯:由于其成本低廉,产品具有自阻燃的特性,故在建筑领域里用途广泛,尤其是下水道管材、塑钢门窗、板材、人造皮革等用途最为广泛。
    4.聚苯乙烯:作为一种透明的原材料,在有透明需求的情况下,用途广泛,如汽车灯罩、日用透明件、透明杯、罐等。
    5.ABS:是一种用途广泛的工程塑料,具有杰出的物理机械和热性能,广泛应用于家用电器、面板、面罩、组合件、配件等,尤其是家用电器,如洗衣机、空调、冰箱、电扇等,用量十分庞大,另外在塑料改性方面,用途也很广。
    ②工程塑料
    一般指能承受一定外力作用,具有良好的机械性能和耐高、低温性能,尺寸稳定性较好,可以用作工程结构的塑料,如聚酰胺、聚砜等。在工程塑料中又将其分为通用工程塑料和特种工程塑料两大类。工程塑料在机械性能、耐久性、耐腐蚀性、耐热性等方面能达到更高的要求,而且加工更方便并可替代金属材料。工程塑料被广泛应用于电子电气、汽车、建筑、办公设备、机械、航空航天等行业,以塑代钢、以塑代木已成为国际流行趋势。
    通用工程塑料包括:聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、改性聚苯醚、热塑性聚酯、超高分子量聚乙烯、甲基戊烯聚合物、乙烯醇共聚物等。
    特种工程塑料又有交联型的非交联型之分。交联型的有:聚氨基双马来酰胺、聚三嗪、交联聚酰亚胺、耐热环氧树指等。非交联型的有:聚砜、聚醚砜、聚苯硫醚、聚酰亚胺、聚醚醚酮(PEEK)等。
    ③特种塑料
    一般是指具有特种功能,可用于航空、航天等特殊应用领域的塑料。如氟塑料和有机硅具有突出的耐高温、自润滑等特殊功用,增强塑料和泡沫塑料具有高强度、高缓冲性等特殊性能,这些塑料都属于特种塑料的范畴。
    a.增强塑料:
    增强塑料原料在外形上可分为粒状(如钙塑增强塑料)、纤维状(如玻璃纤维或玻璃布增强塑料)、片状(如云母增强塑料)三种。按材质可分为布基增强塑料(如碎布增强或石棉增强塑料)、无机矿物填充塑料(如石英或云母填充塑料)、纤维增强塑料(如碳纤维增强塑料)三种。
    b.泡沫塑料:
    泡沫塑料可以分为硬质、半硬质和软质泡沫塑料三种。硬质泡沫塑料没有柔韧性,压缩硬度很大,只有达到一定应力值才产生变形,应力解除后不能恢复原状;软质泡沫塑料富有柔韧性,压缩硬度很小,很容易变形,应力解除后能恢复原状,残余变形较小;半硬质泡沫塑料的柔韧性和其他性能介于硬质与软质泡沫塑料之间。 根据各种塑料不同的理化特性,可以把塑料分为热固性塑料和热塑性塑料两种类型。
    (1)热塑性塑料
    热塑性塑料(Thermo plastics ):指加热后会熔化,可流动至模具冷却后成型,再加热后又会熔化的塑料;即可运用加热及冷却,使其产生可逆变化(液态←→固态),是所谓的物理变化。通用的热塑性塑料其连续的使用温度在100℃以下,聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯并称为四大通用塑料。热塑料性塑料又分烃类、含极性基因的乙烯基类、工程类、纤维素类等多种类型。受热时变软,冷却时变硬,能反复软化和硬化并保持一定的形状。可溶于一定的溶剂,具有可熔可溶的性质。热塑性塑料具有优良的电绝缘性,特别是聚四氟乙烯(PTFE)、聚苯乙烯(PS)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)都具有极低的介电常数和介质损耗,宜于作高频和高电压绝缘材料。热塑性塑料易于成型加工,但耐热性较低,易于蠕变,其蠕变程度随承受负荷、环境温度、溶剂、湿度而变化。为了克服热塑性塑料的这些弱点,满足在空间技术、新能源开发等领域应用的需要,各国都在开发可熔融成型的耐热性树脂,如聚醚醚酮(PEEK)、聚醚砜(PES)、聚芳砜(PASU)、聚苯硫醚(PPS)等。以它们作为基体树脂的复合材料具有较高的力学性能和耐化学腐蚀性,能热成型和焊接,层间剪切强度比环氧树脂好。如用聚醚醚酮作为基体树脂与碳纤维制成复合材料,耐疲劳性超过环氧/碳纤维。它的耐冲击性好,在室温下具有良好的耐蠕变性,加工性好,可在240~270℃连续使用,是一种非常理想的耐高温绝缘材料。用聚醚砜作为基体树脂与碳纤维制成的复合材料在 200℃具有较高的强度和硬度,在-100℃尚能保持良好的耐冲击性;无毒,不燃,发烟最少,耐辐射性好,预期可用它作航天飞船的关键部件,还可模塑加工成雷达天线罩等。
    甲醛交联型塑料包括酚醛塑料、氨基塑料(如脲-甲醛-三聚氰胺-甲醛等)。其他交联型塑料包括不饱和聚酯、环氧树脂、邻苯二甲二烯丙酯树脂等。
    (2)热固性塑料
    热固性塑料是指在受热或其他条件下能固化或具有不溶(熔)特性的塑料,如酚醛塑料、环氧塑料等。热固性塑料又分甲醛交联型和其他交联型两种类型。热加工成型后形成具有不熔不溶的固化物,其树脂分子由线型结构交联成网状结构。再加强热则会分解破坏。典型的热固性塑料有酚醛、环氧、氨基、不饱和聚酯、呋喃、聚硅醚等材料,还有较新的聚苯二甲酸二丙烯酯塑料等。它们具有耐热性高、受热不易变形等优点。缺点是机械强度一般不高,但可以通过添加填料,制成层压材料或模压材料来提高其机械强度。
    以酚醛树脂为主要原料制成的热固性塑料,如酚醛模压塑料(俗称电木),具有坚固耐用、尺寸稳定、耐除强碱外的其他化学物质作用等特点。可根据不同用途和要求,加入各种填料和添加剂。如要求高绝缘性能的品种,可采用云母或玻璃纤维为填料;如要耐热的品种,可采用石棉或其他耐热填料;如要求抗震的品种,可采用各种适当的纤维或橡胶为填料及一些增韧剂以制成高韧性材料。此外还可以采用苯胺、环氧、聚氯乙烯、聚酰胺、聚乙烯醇缩醛等改性的酚醛树脂以满足不同用途的要求。用酚醛树脂还可以制成酚醛层压板,其特点是机械强度高,电性能良好,耐腐蚀,易于加工,广泛应用于低压电工设备。
    氨基塑料有脲甲醛、三聚氰胺甲醛、脲素三聚氰胺甲醛等。它们具有质地坚硬、耐刮痕、无色、半透明等优点,加入色料可制成彩色鲜艳的制品,俗称电玉。由于它耐油,不受弱碱和有机溶剂的影响(但不耐酸),可在70℃下长期使用,短期可耐110~120℃,可用于电工制品。三聚氰胺甲醛塑料比脲甲醛塑料硬度高,有更好的耐水、耐热、耐电弧性,可作耐电弧绝缘材料。
    以环氧树脂为主要原料制成的热固性塑料品种很多,其中以双酚A型环氧树脂为基材的约占90%。它具有优良的粘接性、电绝缘性、耐热性和化学稳定性,收缩率和吸水率小,机械强度好等特点。
    不饱和聚酯和环氧树脂都可以制成玻璃钢,具有优异的机械强度。如不饱和聚酯的玻璃钢,其机械性能良好,密度小(只有钢的1/5至1/4,铝的1/2),易于加工成各种电器零件。以苯二甲酸二丙烯酯树脂制成的塑料的电性能和机械性能均优于酚醛和氨基热固性塑料。它吸湿性小,制品尺寸稳定,成型性能好,耐酸碱及沸水和一些有机溶剂。模塑料适于制造结构复杂的、既耐温又有高绝缘性的零件。一般可在-60~180℃的温度范围长期使用,耐热等级可达F级到H级,比酚醛和氨基塑料的耐热性都高。
    聚硅醚结构形式的有机硅塑料在电子、电工技术中的应用较多。有机硅层压塑料多以玻璃布为补强材料;有机硅模压塑料多以玻璃纤维和石棉为填料,用以制造耐高温、高频或潜水电机、电器、电子设备的零部件等。这类塑料的特点是介电常数和tgδ值较小,受频率影响小,用于电工和电子工业中耐电晕和电弧,即使放电引起分解,产物是二氧化硅而不是能导电的碳黑。这类材料有突出的耐热性,可以在250℃连续使用。聚硅醚的主要缺点是机械强度低,胶粘性小,耐油性差。已开发出许多改性有机硅聚合物,例如聚酯改性有机硅塑料等在电工技术上得到应用。有的塑料既是热塑性又是热固性的塑料。例如聚氯乙烯,一般为热塑性塑料,日本已研制出一种新型液态聚氯乙烯是热固性的,模塑温度为60~140℃;美国一种叫伦德克斯的塑料,既有热塑性加工的特征,又有热固性塑料的物理性能。
    ①烃类塑料。属非极性塑料,具有结晶性和非结晶性之分,结晶性烃类塑料包括聚乙烯、聚丙烯等,非结晶性烃类塑料包括聚苯乙等。
    ②含极性基因的乙烯基类塑料。除氟塑料外,大多数是非结晶型的透明体,包括聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚醋酸乙烯酯等。乙烯基类单体大多数可以采用游离基型催化剂进行聚合。
    ③热塑性工程塑料。主要包括聚甲醛、聚酰胺、聚碳酸酯、ABS、聚苯醚、聚对苯二甲酸乙二酯、聚砜、聚醚砜、聚酰亚胺、聚苯硫醚等。聚四氟乙烯。改性聚丙烯等也包括在这个范围内。
    ④热塑性纤维素类塑料。主要包括醋酸纤维素、醋酸丁酸纤维素、塞璐珞、玻璃纸等。 根据各种塑料不同的成型方法,可以分为膜压、层压、注射、挤出、吹塑、浇铸塑料和反应注射塑料等多种类型。
    膜压塑料多为物性的加工性能与一般固性塑料相类似的塑料;层压塑料是指浸有树脂的纤维织物,经叠合、热压而结合成为整体的材料;注射、挤出和吹塑多为物性和加工性能与一般热塑性塑料相类似的塑料;浇铸塑料是指能在无压或稍加压力的情况下,倾注于模具中能硬化成一定形状制品的液态树脂混合料,如MC尼龙等;反应注射塑料是用液态原材料,加压注入膜腔内,使其反应固化成一定形状制品的塑料,如聚氨酯等。

问:仅需两周,这种微生物就能将最难降解的PE塑料“吃”成碎片?

  • 答: 作者 | 田瑞颖 廖洋

    为减少不可降解塑料的增量,越来越多的国家开始采取“禁塑令”等措施。但全球每年仍有约1.5亿吨塑料垃圾进入陆地和海洋环境。如何帮助地球“消化”海量的不可降解塑料?寻找能“吃”塑料的微生物,成为近年来科学家关注的焦点。

    近日,中国科学院海洋研究所研究员孙超岷团队经过多年攻关,首次发现能有效降解聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚乙烯(PE)两种塑料的海洋微生物菌群和酶——仅需两周,它们就能将最难降解的PE塑料“吃”成碎片。相关研究成果发表于《危险材料》。


    小菌群大作用

    塑料是一类高分子聚合物的统称,包括聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚苯乙烯和聚氯乙烯等。

    2016年,日本京都工艺纤维大学科学家发现了能有效降解PET塑料的微生物,这一消息让众多科学家为之振奋。

    虽然目前许多科学家正在寻找能有效降解塑料的微生物及酶,但对最难降解、体量最大的PE塑料,却一直没有办法。

    “PE塑料具有优异的化学稳定性,比PET等其他类型的塑料更难降解,而生活中常见的一次性塑料袋、农用地膜等几乎都是PE塑料。研制出有效降解PE塑料的生物制品,对于消除白色污染至关重要。”孙超岷在接受《中国科学报》采访时说。

    微生物无处不在,是否有能“吃”掉PE塑料的微生物?如果有,又该去哪儿找呢?

    “全世界的塑料垃圾只有约9%得到回收再利用,其余大部分被焚烧、填埋或直接遗弃在自然环境中,而海洋正是塑料垃圾最终流向之一。”孙超岷告诉记者。

    “百川归海”,他决定向海洋要答案。“海洋是塑料的主要承载地,相应地,很多海洋微生物在与塑料的长期共存中也进化出一系列塑料降解系统,其产生的塑料降解酶也成为发展塑料降解酶制剂的绝佳候选材料。”

    孙超岷进一步解释道,“塑料聚合物主要被生物胞外酶解聚成短链或小分子物质,随后转运到细胞内彻底氧化。细菌可产生多种胞外酶降解塑料大分子,如脂酶、解聚酶、酯酶、蛋白酶、角质酶、脲酶和脱水酶等。”

    “塑料可以转化成微生物自身生长所需的能源物质,微生物最终可以将塑料分解成对环境完全无害的二氧化碳、水等产物。”中国科学院海洋研究所博士高蓉蓉说。

    中国科学院理化技术研究所研究员、工程塑料国家工程研究中心主任季君晖认为,“对于解决塑料增量问题,推行可降解塑料是主要途径,但对于解决不可降解塑料的存量问题,运用微生物进行降解是非常好的研究方向。”

    大海捞“菌”

    寻找能“吃”掉PE塑料的微生物,可谓大海捞针。

    “适者生存,海洋中的微生物适应了高盐、高压、黑暗等极端环境,产生了一些陆地环境无法形成的天然产物,例如具有特殊功能的抗生素和酶等,这些是生物制品非常好的资源库。”孙超岷告诉记者。

    2016年,在与海洋微生物打了多年交道后,孙超岷带领团队开始了这场也许没有结果的寻“菌”征程。

    起初,他们在青岛近海受塑料污染较严重的海水浴场采集了上千份塑料垃圾,并对其中的菌群进行培育筛选,然而两年多的工作几乎没有进展。就在大家一筹莫展之时,偶然发现有一个菌群能有效定殖在矿泉水瓶壁,这让整个团队兴奋起来。

    但菌群中含有很多微生物,并非所有微生物都能分解塑料,在进一步剔除“打酱油”的微生物、精准锁定能“吃”掉PE塑料的微生物后,孙超岷团队又耗时近3年获得了相应的微生物纯培养,并人工复配了能有效降解PE塑料的菌群,最终结合不同手段找到了降解PE塑料的相应酶。

    “在筛选能降解PE塑料的微生物的过程中,我们常常几个月都在重复失败的结果,最难时也曾想过放弃,但庆幸的是,我们坚持下来了,也正是大量失败的经验促使我们最终得到能‘吃’塑料的菌群,这是一种量变引起质变的过程。”高蓉蓉感慨道。

    在孙超岷看来,很多研究团队没有持续下去的原因,一方面是塑料作为近百年才出现的新型污染物,自然界的微生物还没有进化出高效降解塑料的成熟系统,筛选起来犹如大海捞针。另一方面,微生物降解塑料的效果短时间内肉眼难以观察,需要借助特殊的仪器检测。

    “科学研究需要持续坐‘冷板凳’,项目没有拿到结果,是很难得到资助的,而对于有潜力但又有冒险性的课题,尤其是从‘0’到‘1’的课题,国家应该给予更多资助。”孙超岷表示。

    “我们的研究为PE塑料的降解打开了一扇门,但‘登堂入室’后还需开展更多工作。”孙超岷告诉记者,“目前,团队还在精细研究酶的结构及作用机制,试图通过突变的方式找到更高效降解PE塑料的酶,并把不同的酶合在一起形成酶系,最终发展为塑料降解酶制剂。”

    此外,孙超岷团队还在尝试用不同比例复配微生物菌群,希望通过调整不同微生物个体的比例,提高PE塑料降解效率。

    加强学科交叉

    “目前,团队发现的微生物菌群和酶还只能在实验室小规模条件下实现对塑料垃圾的部分降解,距离产业化应用还有一段较长的路要走。”孙超岷坦言。

    他希望能研制出塑料降解生物制剂,并在密闭的反应器中处理塑料垃圾,对相应的降解产物进行回收再利用。“目前所使用的菌群都是常见的微生物,不会造成生物安全及二次污染问题。”

    在孙超岷看来,可降解塑料全面取代传统塑料之前,后者仍具有一定的生存空间,研制塑料降解生物制品对解决已经形成和未来新增的塑料污染问题具有重要意义。

    “消除地球上的白色污染,不能单靠几个团队或几个专业,必须全 社会 通力合作,才能突破传统塑料的降解技术瓶颈。未来,我们希望能与其他不同学科的研究团队共同努力,研制出高效降解塑料垃圾的生物制品。”孙超岷说。

    在季君晖看来,利用微生物降解塑料和研制可降解塑料,虽然是两个相差较大的领域,但存在互补性。“两个学科需要更多地交叉,未来也一定会有更多的相互补充。”

    “禁塑令”应循序渐进

    目前,全国绝大多数省份已经发布塑料污染治理相关实施方案或行动计划。2020年12月1日,《海南经济特区禁止一次性不可降解塑料制品规定》正式实施,意味着海南正式全面禁止一次性不可降解塑料袋、塑料餐饮具等塑料制品。

    但季君晖指出,真正可靠的塑料制品是全生物降解塑料,由于目前各地出台的政策缺乏统一标准,致使“部分可降解”塑料混迹市场,更尴尬的是,“全生物降解塑料目前的产量仍无法满足实际市场需求”。

    他还发现,“禁塑令”存在一些执法“盲点”,对于在市场“明面”上流通的塑料,监管相对容易,而对于通过物流手段交易的塑料产品,监管起来却非常困难。

    “国家应该尽快统一标准,这样一方面减少重复标准制定,另一方面便于统一管理。此外,政策制定还应循序渐进,不应‘一刀切’。对于超市等渠道销售的塑料袋等产品价格,应该进行一定的干预,以防过高价格和利润引起民众对禁塑令的抵触,并滋生廉价违规塑料产品的地下交易。”季君晖表示。

    相关论文信息:https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2021.125928.