昆蟲能分解最難降解的塑膠？麵包蟲與PVC的新發現

塑膠污染，這是一個近年來反覆被提及的重要議題。自人類發明塑膠以來，環境中就出現許多難以降解的塑膠，例如聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）等。而在這之中，又以 PVC 最為惡名昭彰。這種塑膠在主鏈上含有大量氯原子（–CH₂–CHCl–），這樣複雜的結構賦予其卓越的耐腐蝕、耐用、絕緣特性，使其廣泛應用在工程、日用品、娛樂等多項領域。儘管如此，優秀的PVC也帶有許多缺陷，例如焚燒後會產生高污染的戴奧辛，以及在土壤中難以降解的特性，使得PVC逐步在日用品中被淘汰。

圖（一）聚氯乙烯（PVC）反應式與分子式。圖片來源：Jü，CC0 1.0 公共領域。

圖（二）PVC水管，是常見的PVC製品。圖片來源：Стрелец Игорь，採用 CC BY 3.0 授權。

那麼， PVC 是否真如過去所認為的無堅不摧、十惡不赦嗎？為了解決 PVC 難以降解、高污染的特性，科學家們將目光焦點投向一類動物--昆蟲。早在2017，生物學家就已經發現特定種類的昆蟲，如大蠟螟（Galleria mellonella）、麵包蟲（Tenebrio molitor），似乎能夠透過體內的共生菌分解聚乙烯（PE）與聚苯乙烯（PS）等塑膠。

圖（三）麵包蟲（Tenebrio molitor）。圖片來源：Mnolf，採用 CC BY-SA 3.0 授權。

圖（四）大蠟螟（Galleria mellonella）。圖片來源：pour，採用 CC BY-NC 4.0 授權。

然而，受限於早期分析技術，過去研究多侷限於 PE 與 PS 這類相對單純的塑膠。相較之下，PVC因氯原子多、結構複雜，長期被視為「無法被生物降解」的頑固類型。

不過，這樣的狀況在2026年出現了轉機。一篇發表在 peerJ 期刊上的研究《Biodegradation of plastic waste by yellow mealworms (Tenebrio molitor larvae)》擊碎了 PVC 無法被生物降解的神話。該研究團隊基於過去昆蟲對 PS 、 PE 等分解的研究，嘗試將PVC（保鮮膜）、PP-B（軟塑膠袋）、PP-C（硬塑膠容器）、LDPE（不透明塑膠袋）、PET（寶特瓶）等塑膠製品餵食給麵包蟲。並透過比對餵食正對照組（米糠）、負對照組（不餵食）的方式，觀察麵包蟲的變化。結果發現，再經歷30天後的餵食，食用 PVC 的麵包蟲不僅在體重上沒有顯著的減輕，牠們與餵食米糠的正對照組存活率接近，能夠正常發育成成蟲，並未發生飢餓誘發的早熟現象。這意味著，麵包蟲體內可能存在某種機制，使其能夠利用 PVC 作為能量來源的一部分。

圖（五）麵包蟲幼蟲 30 天內五種塑膠的每日消耗趨勢。在為期30天的實驗中，麵包蟲幼蟲對五種塑膠的每日消耗量分別為：聚氯乙烯（PVC）、低密度聚乙烯（LDPE）、聚丙烯塑膠袋（PP_B）、聚丙烯塑膠容器（PP_C）和聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）。數據代表每種塑膠每日的平均重量（克），反映了黃粉蟲對不同塑膠的消耗量和偏好。誤差線代表三次重複實驗（n = 3）的標準差。圖片來源：Srisakvarangkool et al，採用 CC BY 4.0 授權。

圖（六）麵包蟲幼蟲在 30 天內對各種塑膠的減重情況。長條圖展示了麵包蟲幼蟲攝入幾種塑膠（PVC、LDPE、PP-B、PP-C 和 PET）後的總重量減少量。至少兩組之間的平均重量減少量有統計上的顯著差異（p < 0.0001）。 Holm-Sidak 多重比較檢定顯示，PVC 組和 PP-B 組之間（p = 0.0019）以及 PP-B 組和 LDPE 組之間（p = 0.0065）均有顯著差異。各組上方的不同字母表示統計上的顯著差異。圖片來源：Srisakvarangkool et al，採用 CC BY 4.0 授權。

圖（七）以不同塑膠種類和對照組為食的麵包蟲幼蟲的活體生物量保留率。本研究比較了不同飼餵組（包括米糠組（陽性對照）、PVC組、PP-B組、PP-C組、PET組以及未飼餵的陰性對照組）中麵包蟲幼蟲的活體生物量保留率。採用單因子變異數分析（ANOVA）進行統計分析發現，至少兩組之間的活體生物量保留率有顯著差異（p < 0.0001）。米糠組和PVC組的活體生物量保留率最高，且兩組之間無統計學顯著差異（Holm-Sidak多重比較檢驗，p = 0.9483）。 PP-C組、PET組以及未餵食的陰性對照組的活體生物量保留率最低，且各組間無顯著差異（p > 0.05）。方框上方的不同小寫字母表示組間有統計學顯著差異。圖片來源：Srisakvarangkool et al，採用 CC BY 4.0 授權。

圖（八）以不同種類的塑膠為食的麵包蟲在 30 天內的化蛹率。熱圖展示了麵包蟲幼蟲在30天內以不同類型塑膠為食的化蛹率，深紅色表示化蛹率較高（深紅色=6），淺藍色表示未化蛹（0）。熱圖上方的樹狀圖顯示了不同食物來源組間每日化蛹數量的相似性，將化蛹反應相似的群體聚集在一起。正對照組和PVC餵食組的化蛹率非常接近，均低於PET餵食組、PP-C餵食組和未餵食的負對照組。右側表格顯示了每種塑膠類型的總化蛹數量。圖片來源：Srisakvarangkool et al，採用 CC BY 4.0 授權。

為了進一步理解這種能力的來源，研究團隊將研究焦點轉向麵包蟲的腸道微生物。他們首先使用酒精對幼蟲體表進行消毒，以排除外部微生物的干擾。接著解剖麵包蟲腸道，並將腸道內容物粉碎，分離出其中的共生菌群。接著，將這些菌株接種到以PVC薄膜為唯一碳源的無碳基礎培養基中培養。結果顯示，這些共生菌不僅能在含PVC的環境中存活，還能以PVC作為唯一碳源生長，證實它們確實具備分解PVC的能力。

圖（九）從以 PVC 為食的麵包蟲幼蟲腸道中分離出的共生細菌，均在營養瓊脂上培養而成。所示分離株分別為：(A) MG01，(B) MG04，(C) MG06，和 (D) MG07。圖片來源：Srisakvarangkool et al，採用 CC BY 4.0 授權。

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圖（十）從以 PVC 為食的麵包蟲幼蟲腸道中分離出的細菌菌株的形態特徵。 (A) 營養瓊脂平板上的菌落形態，所有分離株均呈現相似的形態：黃白色、不透明、圓形、波浪狀、凸起且光滑。 (B) 革蘭氏染色顯微鏡影像，同樣顯示此菌株為桿狀革蘭氏陰性菌。圖片來源：Srisakvarangkool et al，採用 CC BY 4.0 授權。

圖（十一）圖A、C和圖B、D分別展示了在無碳液體基礎培養基（LCFBM）中，添加PVC薄膜（無PVC薄膜）和添加PVC薄膜（添加PVC薄膜）時細菌生長情況的視覺比較。 (A、B)為培養3天後的培養結果；(C、D)為培養60天後的培養結果。在添加PVC薄膜的情況下（B、D），細菌似乎會附著在塑膠表面，尤其是在長時間培養後（D）。在未添加PVC薄膜的陰性對照組（A、C）中，未觀察到明顯的細菌附著或生長。圖片來源：Srisakvarangkool et al，採用 CC BY 4.0 授權。

接下來，研究人員透過16S rRNA基因定序進行菌種鑑定。這是利用原核生物30S核糖體亞基（16S）的高度保守序列，進行物種鑑定與系統發生學分析的標準方法。序列比對與系統樹分析顯示，這些菌株與香坊腸桿菌（Enterobacter xiangfangensis）的序列相似度達99.9%以上，最終被鑑定為香坊腸桿菌。

圖（十）16S rRNA 基因序列的系統發育樹，顯示了從以 PVC 為食的麵包蟲幼蟲腸道中分離出的細菌之間的關係。圖片來源：Srisakvarangkool et al，採用 CC BY 4.0 授權。

雖然發現這種能分解 PVC 的共生菌令人振奮，但研究團隊在論文結尾強調，這項發現仍處於初步階段。麵包蟲與該菌株之間的共生機制仍有許多謎團待解，例如菌株具體如何透過酵素分解 PVC 的氯化結構、代謝產物是否會產生次級污染，以及如何將塑膠徹底分解重新進入碳循環等問題，都尚未完全釐清。

不過，人類無需過度悲觀。這項研究不僅為 PVC 生物處理開啟新可能，更顯示大自然早已準備好解答人類製造的難題。未來，透過菌株篩選、基因工程優化，或結合規模化養蟲技術，我們或許能開發出低成本、高效率的PVC生物處理系統，讓「塑膠時代」的終點不再是永遠的污染，而是真正實現循環利用的綠色轉型。

作者:Rodrigo

參考文獻

Srisakvarangkool, W., Chanthasena, P., Rosyidah, A., Ganta, P., Kerdtoob, S., & Nantapong, N. (2026). Biodegradation of plastic waste by yellow mealworms (Tenebrio molitor larvae). PeerJ, 14, e20429. https://doi.org/10.7717/peerj.20429