微生物燃料电池中高活性产电微生物的筛选 鉴定、产电性能强化及其电子传递机制的研究

摘要: 微生物燃料电池（Microbial Fuel Cells, 简称MFCs）是一种利用产电微生物作为催化剂，将有机物（无机物）中的化学能直接转化为电能的生物反应器，在生物产能和处理废水方面具有广阔的应用前景。 课题组以天津泰达污水处理厂的污泥为接种物，启动并运行MFCs。从阳极富集的生物膜上分离得到了多个分离株。其中，分离株P2-A-1和P2-A-5表现出较高的电化学活性，经鉴定后分别归属于Tolumonas osonensis 和Kocuria rhizophila，这是该种属微生物产电性能的首次报道。除了产电条件的优化，细胞的通透化处理是提高MFCs输出功率的有效手段，化学剂处理增加了菌体对电极的粘附效率，降低了MFCs内阻，增大了细胞通透性和细胞膜流动性，增加了关键电子载体CoQ10含量。通过构建膜包裹型MFCs、阳极液的循环伏安扫描及GC-MS成分分析，明确菌株的胞外电子传递机制。以模式产电微生物铜绿假单胞菌为对象，利用全局转录机制工程将系列内源和外源全局转录因子导入铜绿假单胞菌，利用代谢工程的思路，强化胞内电子的产生和胞外电子的传递，探讨高产电活性工程菌株的构建新策略和新方法。其中，外源全局转录因子IrrE的导入能显著提高铜绿假单胞菌的产电性能和环境压力耐受性。进一步分析发现，该转录因子的导入对中心代谢途径相关基因、生物膜相关基因、中介体合成相关基因、群体感应系统以及一般胁迫响应相关基因等的表达水平产生明显的影响。说明IrrE在宿主生物中发挥着全局调控作用。课题成果对于丰富产电微生物的多样性，提高微生物燃料电池的输出功率具有重要的意义。