强化产电微生物与电极间电子传递速率的研究进展

产电微生物是微生物燃料电池、电解池和电合成等微生物电化学技术(Microbial electrochemical technologies,METs)的研究基础。产电微生物与电极界面间的胞外电子传递(Extracellular electron transfer,EET)效率低以及生物被膜形成能力弱限制了METs在有机物降解、电能生产、海水淡化、生物修复和生物传感等方面的应用。因此,强化产电微生物与电极界面间的相互作用是过去几年的主要研究热点。针对近年的研究,本文系统概述了通过改造产电微生物来增强微生物-电极间相互作用的各种策略,重点分析了这些策略的适用性和局限性,并展望了强化产电微生物-电极界面作用在微生物电化学技术利用方面的研究前景。     

产电微生物的筛选方法研究进展

产电微生物是一类具有胞外电子转移能力的微生物,能够将有机物中储存的化学能转化为电能,其作为微生物电催化系统的催化剂,已经成为环境和能源领域的研究热点。但目前所发现的产电菌,产电机制有所差异,产电能力参差不齐,菌株的性能从根本上影响了其产电能力,其产电能力不足成为限制微生物燃料电池在工业上广泛应用的主要瓶颈。目前,通过理性设计或定向进化等改造方法,难以实现产电微生物在复杂多样环境中的广泛应用。通过定向筛选策略,建立一套快速、高效的筛选鉴定技术,挖掘环境中性能优异的产电微生物,是促进其广泛应用的有效途径。文中基于产电微生物的种类,总结回顾了现有的产电微生物的筛选鉴定方法,并对其研究前景进行了展望。     

人工电活性微生物菌群的设计与应用

包括产电菌群和噬电菌群的人工电活性微生物菌群(synthetic electroactive microbial consortia)通过菌种间的物质能量级联反应介导化学能与(光)电能间的相互转化，其可利用底物来源广泛、双向电子传递速率快、环境稳定性强，在清洁电能开发、废水处理、环境修复、生物固碳固氮以及生物燃料、无机纳米材料、高聚物等高值化学品合成等多个领域具有广泛的应用前景。针对人工电活性微生物菌群设计、构建与应用，本文总结电活性微生物菌群界面电子传递和种间电子传递机制，概括基于“劳力分工”原理设计构建人工电活性微生物菌群物质能量级联反应基本架构，总结菌群关系与菌群生态位优化等人工电活性微生物菌群工程化策略，分类列举人工电活性微生物菌群在利用廉价生物质产电、生物光伏固碳产电，光驱噬电生物菌群固氮等相关应用。最后对人工电活性微生物菌群未来研究方向进行了展望。