基于微生物燃料电池的铅生物共代谢还原机制研究

铅污染这一全球性环境问题在我国日益凸显。微生物燃料电池（MFC）技术具有低能耗、高效率、无二次污染等特点，是修复重金属污染的理想途径。本项目针对铅的微生物异化还原和MFC阳极还原电子传递过程的相似性，借助重金属异化还原现有研究成果，深入探索MFC中铅的生物共代谢还原机制。利用已分离获得的重金属还原菌株，构建MFC体系，通过铅还原对比实验，比较微生物呼吸还原、生物电化学还原和微生物-电极共代谢还原的电子传递及代谢过程异同，揭示MFC中微生物-电极共代谢还原铅的内在本质，提出强化铅还原的可行措施，为建立可同时去除环境有机污染和铅污染的微生物燃料电池铅生物还原技术提供科学依据和基础支撑。

铅污染这一全球性环境问题在我国日益凸显。微生物燃料电池（MFC）技术具有低能耗、高效率、无二次污染等特点，是修复重金属污染的理想途径。本项目针对铅的微生物异化还原和MFC阳极还原电子传递过程的相似性，借助重金属异化还原现有研究成果，深入探索MFC中铅的生物共代谢还原机制。利用已分离获得的重金属还原菌株以及产电混合菌，构建MFC体系，通过铅还原对比实验，比较微生物呼吸还原、生物电化学还原和微生物—电极共代谢还原的电子传递及代谢过程异同。结果表明，在微生物呼吸还原过程，假单胞菌MBR只有在利用氧气生长的同时才能够共代谢还原Pb（IV）；在MFC的厌氧体系中，MBR菌可以通过分泌吩嗪-1-羧酸介体起传递电子作用，间接地通过电极还原铅（IV/II）。本项目揭示了MFC中微生物—电极共代谢还原铅的内在本质在于利用MFC阳极作为电子受体支持微生物生长，生长的活性微生物将有机物中的电子提取出来通过电极或电路传递给同体系或异体系的铅（IV/II），使其还原的过程。此外，本项目还通过MFC结构改造，提出了共代谢强化铅还原分离的可行性措施，为建立可同时去除环境有机污染和铅污染的微生物燃料电池铅生物还原技术提供科学依据和基础支撑。