聚(3-羟基丁酸-共-3-羟基己酸)在农业土壤中的温度依赖性生物降解

可生物降解的聚酯在农业应用中越来越普遍，土壤生物降解是目标的后应用终端。在实验室土壤培养中，土壤生物降解性通常是在超过许多田间土壤温度的恒定温度下确定的，这突显了建立稳健的温度-生物降解关系的必要性，以便将实验室确定的生物降解速率转移到田间条件。本研究系统评估了三种聚(3-羟基丁酸-共-3-羟基己酸)(PHBHHx)变体的生物降解的温度依赖性，这三种变体在三种农业土壤中含有不同摩尔量的3-羟基己酸（其中x = 5，9和12%）。在35 °C、25 °C、15 °C和5 °C下培养18天的PHBHH9薄膜的扫描电子显微镜图像显示，随着温度的升高，真菌和/或丝状细菌对膜表面的定殖逐渐增加，在较高的测试温度下形成了密集的菌丝网络和膜的解体。跟踪同一温度范围内PHBHHx粉末的土壤生物降解，通过提取并定量残余的PHBHHx质量随时间变化，使用质子核磁共振光谱法进行分析。这些残余质量与肩状-对数线性动力学模型拟合，得到了与PHBHHx变体无关的初始滞后相和生物降解速率常数。温度的升高缩短了初始滞后相，并提高了PHBHHx的后续生物降解速率。阿伦尼乌斯速率法分析揭示了土壤特定的活化能，约对应于每升高10 °C生物降解速率变化的2至5倍。本研究确立了温度作为控制土壤中聚酯生物降解速率的关键非生物因素，并为更准确地将实验室确定的在高温下的生物降解速率外推到田间条件提供了指导。