微生物燃料电池种群互作及其胞外电子传递机制解析

微生物燃料电池（MFC）和微生物电解池（MEC）技术打破了传统废水处理的概念，在处理废水的同时回收电能或氢能，是解决能源危机和环境污染问题最有前景的技术之一。本课题研究目的是从群落、纯菌和分子水平分析各种生态因子或环境胁迫下的胞外电子传递能力。分析不同底物和pH对MFC/MEC生物群落结构和功能的影响。通过新开发的U-tube MFC结合稀释消亡技术筛选非金属还原产电菌株，评估可能互作的产电功能种群。分析已有和分离到的非金属还原产电细菌的产电性能，确定最佳产电生态条件，初步探讨其胞外电子传递机制。将可能存在互作的不同产电菌株（或与非产电菌株）相复配，利用生物膜原位分析手段，揭示纯菌和混菌阳极生物膜形成过程和阳极表面空间竞争，并分析导电胞外聚合物对电能输出的影响，进而从不同研究水平阐明阳极生物膜种间互作机制。

微生物燃料电池（MFC）和微生物电解池（MEC）技术可实现有机污染物的定向生物转化，同时将化学能转化为电能或氢能，是解决环境污染、能源危机和问题最有前景的技术之一。本课题研究目的是从群落、纯菌和分子水平分析各种生态因子或环境胁迫下的胞外电子传递能力。分析不同生态条件（底物、pH、温度、金属离子等）对MFC/MEC生物群落结构和功能的影响。利用生物膜原位分析手段，揭示纯菌和混菌阳极生物膜形成过程和阳极表面空间竞争，进而从不同研究水平阐明阳极生物膜种间互作机制。课题在低温生物电化学系统产电和产氢研究方面取得了重要进展，突破了常规生物制氢技术的温度极限，揭示了低温发酵与产电细菌种群互作是发酵性电子供体低温产电的主要途径。阐明了温度交替变化对电极生物膜产甲烷种群形成影响，提出了通过温度控制产甲烷种群的调控策略。实现了蛋白质、剩余污泥底物高效产电/产氢，大幅度提高能量转化效率，揭示了微生物种群互作是碳源梯级利用高效生物转化的主要原因。研究成果在Energy and Environmental Science、Environmental Science and Technology, Biosensors and Bioelectronics、Water Research、Bioresource Technology等期刊发表SCI论文10篇，平均影响因子5.4，最高影响因子9.61。获得黑龙江省自然科学二等奖1项。