平行启动的微生物燃料电池阳极微生物群落差异性解析

为揭示平行操作的微生物燃料电池（MFC）产电效能出现差异的原因,应用高通量测序技术对3个平行启动和运行的MFC阳极微生物群落的组成、丰度及多样性进行分析,探讨其差异性与反应器效能的关系.结果表明：表面上控制条件完全一致的平行MFC,其运行状态存在较大差异,反应器Mfc-1和Mfc-3可获得220~240 m V电压及1.85~2.33 W/m3的功率密度;Mfc-2电压一直较低,最高仅为120 m V.同一底物富集的MFC阳极微生物群落组成和丰度差异明显,Mfc-1和Mfc-3中富集了高丰度的有利于产电的微生物种属Anaeromusa、Dechloromonas、Geobacter;Mfc-2则存在较独特的与产电无关的高丰度种属Acinetobacter,这种优势种属的差异最终导致Mfc-2产电效能较差.表面上操作条件相同的平行MFC其阳极微生物优势类群可能存在显著差异,进而决定MFC产电效率的不同.应用MFC探讨其产电效能与影响因子关系时,需运行至少3个平行MFC反应器,以减少潜在的操作失误或缺陷,提高数据可靠性.

微生物燃料电池阳极微生物群落对乳酸-丙酸-乳酸底物转换的响应特征

【目的】为探讨底物波动对微生物燃料电池(MFC)产电效能和阳极微生物群落的影响,【方法】依次以乳酸-丙酸-乳酸为底物,应用不依赖于培养的微生物分子生态学技术,解析单室MFC启动及底物替换过程中阳极微生物群落的动态学响应特征。【结果】底物的更换过程降低了MFC的产电效能,当改变为新底物后,MFC需要较长的产电恢复期。同时,底物的转换改变了阳极微生物群落结构,Anaeromusa spp.、Pseudomonas spp.以及Thiobacillus thioparus对乳酸底物具有很好的响应,随着乳酸底物的投加而富集;丙酸底物对Dechloromonas spp.和Comamonas testosteroni等类群表现出较强的选择作用;而产电微生物Geobacter spp.由于利用乳酸、丙酸的共同代谢产物乙酸为底物而被逐渐富集,是多种底物替换过程的重叠种群。【结论】本研究表明,MFC的阳极微生物群落组成与投加的底物有较强的对应性,为了减缓底物波动对MFC产电过程的影响,应尽量采用混合有机底物,以提供宽泛的营养生态位,提高种群的功能重叠性。