生物基化学品的微生物电合成研究进展

微生物电合成是结合微生物学与电化学的新兴研究方向。电化学活性菌株以直接或间接的方式吸收人工提供的外源电子,打破胞内代谢原有的氧化还原平衡,定向催化底物合成还原性目的产物。近年来,基于生物基化学品的微生物电合成取得广泛关注。本文综述了生物基化学品微生物电合成的基本原理及最新研究进展,并讨论了电化学活性菌株的种类、电子传递机制以及典型的菌株培养方式,同时结合菌株代谢途径,讨论了微生物电合成促进乙酸、1,3-丙二醇、丁醇、琥珀酸等生物基化学品的作用机理及研究现状。最后指出了电子传递机制、电子传递效率及成本是限制该技术发展的关键问题及未来的发展趋势,旨在推动该技术应用于生物基化学品的发酵工业中。

人工湿地-微生物燃料电池系统对十二烷基苯磺酸钠的微生物响应特征

直链烷基苯磺酸盐(LAS)是日化领域应用最为广泛的阴离子表面活性剂,烷基苯磺酸盐及其降解中间产物已经成为环境中常见的代表性有机污染物。本研究以十二烷基苯磺酸钠(SDBS)为目标LAS,通过小试试验探究了人工湿地-微生物燃料电池耦合系统(CW-MFC)对SDBS的处理效果及系统对SDBS的微生物响应特征。结果表明:当进水SDBS浓度为25 mg·L^(-1)时,CWMFC对SDBS的去除率和去除负荷分别为44.3%和6.74 g·m^(-3)·d^(-1);SDBS的加入对CW-MFC系统中微生物群落的组成与活性产生了较大的干扰,微生物需要一定的时间适应并发展SDBS降解能力,而电化学活性菌(EAB)对SDBS的抗性比其他微生物物种更强;SDBS促进了火山岩填料和阳极表面(厌氧环境)的微生物群落丰富度和多样性,而对植物根系和阴极表面(好氧环境)的微生物群落多样性产生了抑制;CW-MFC中火山岩填料表面、阴极表面和阳极表面的优势菌门分别为Proteobacteria、Bacteroidota和Desulfobacteroidota;SDBS将CW-MFC中阳极区EAB(Proteobacteria、Bacteroidota、Firmicutes、Acidobacteriota等)的相对丰度显著提高56.7%,从而提高了CW-MFC的最大输出功率密度并显著降低了系统内阻;CW-MFC中有7个SDBS降解相关菌属,Geobacter可参与β/ω氧化过程,Aeromonas、Acinetobacter和Desulfovibrio可参与脱磺酸过程,Hydrogenophaga、Zoogloea和Dechloromonas可参与苯环裂解过程,其中,Geobacter和Desulfovibrio为厌氧菌属,其余为好氧菌属,此外,火山岩填料表面SDBS降解相关菌属相对丰度最高,占比为61.61%。研究表明,SDBS改变了CW-MFC内部微生物群落的空间分布规律,促进了EAB和SDBS降解相关菌属的富集生长,并改善了CW-MFC的电化学性能。总之,利用CW-MFC系统处理阴离子表面活性剂是可行的。

施加不同电压对河涌底泥中多氯联苯厌氧还原脱氯的影响

以广东省清远市龙塘镇电子垃圾拆解场附近受多氯联苯污染的河涌底泥为研究对象,构建基于-0.1、-0.3、-0.5和-0.7 V(相对于饱和甘汞电极)恒定电压的生物电化学系统,考察了闭路和开路条件下河涌底泥中PCB 61的降解率及其产物,并分析了微生物群落结构的变化。结果表明,在-0.7 V电位刺激下微生物还原降解PCB 61的效率最高,24周后,PCB 61的降解率达到了59.05%,高于开路条件的32.22%,在考察的电极电位范围内,电极电位值越小,PCB 61的还原脱氯速率越高。高通量测序结果表明:底泥微生物的结构组成随实验条件的变化表现出显著差异;施加电压刺激可提升电化学活性菌(Geobacter和Ignavibacterium)菌群丰度,进而强化脱氯效能;而Methanosarcina和Methanosaeta这2种菌在闭路条件下是显著优势菌,这2类菌的相互作用有可能对PCB 61还原脱氯有重要影响。