《表2 CW-MFC中发现的产电微生物》

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《人工湿地-微生物燃料电池耦合系统的研究进展》

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在CW-MFC中，阳极产电微生物氧化污水中的有机物产生电子并通过电子传递链传递到胞外，电子通过直接传递或中介体传递的方式传递到电极上产生电流。在该过程中，产电微生物氧化有机物降低污水的COD浓度，同时降解污水中其他污染物（NO3-N、NH4-N、PO4-3等）。在降解过程中产生的中间代谢产物又可作为电子传递的中介体或受体[29]，进一步促进产电。微生物在CW-MFC的产电过程中扮演十分重要的角色。本实验团队主要从事MFC、CW-MFC阴阳极微生物多样性研究[30]，通过改善微生物群落结构提高其产电能力和污水处理能力。近几年来研究发现，CW-MFC阴阳极微生物群落结构存在明显的差异。表2汇总了研究人员利用高通量测序技术对CW-MFC阴阳极产电微生物种类的研究。从表2中可以看出，阳极和阴极中存在的已被验证产的电微生物种类相似，主要为地杆菌属（Geobacter）、脱硫叶菌属（Desulfobulbus）、假单胞菌属（Pseudomona）等，但阳极产电微生物的丰度却远远高于阴极[31-32]。在门水平上，CW-MFC中产电微生物主要分布在变形菌门（Proteobacteria）、厚壁菌门（Firmicutes）和酸杆菌门（Acidobacteria）。在科水平上，梭菌科（Clostridiaceae）和疣微菌科（Ruminococcaceae）可以将植物死根中的纤维素降解为脂肪酸作为电子受体，促进CW-MFC产电[35]。δ变形菌纲（Deltaproteobacteria）地杆菌科（Geobacteraceae）微生物是MFC中常见的产电微生物，对MFC产电性能有很重要的影响[36]。在属水平上，地杆菌属（Geobacter）、脱硫叶菌属（Desulfobulbus）、假单胞菌属（Pseudomona）、脱硫弧菌属（Desulfovibrio）等都是CW-MFC中常见的产电微生物。Desulfobulbus在阳极厌氧条件下以乳酸盐和丙酸盐为碳源氧化产生电子[37]。Pseudomona在阴极有氧条件下分泌电子中介体绿脓菌素，提高电子从胞外传递到电极的能力。另一方面，许多外界因素（如电极材料、植物种类、COD浓度等）都会影响阳极微生物群落结构，进而影响产电。图1为不同电极材料对阳极产电微生物相对丰度及产电影响[14]。从图1中可以看出，不同电极材料中产电微生物的相对丰度对产电效率有明显的影响。