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微生物胞外电子传递效率的合成生物学强化 被引量:10
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作者 李锋 宋浩 《生物工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第3期516-534,共19页
电活性微生物(产电微生物和亲电微生物)通过与外界环境进行双向电子和能量传递来实现多种微生物电催化过程(包括微生物燃料电池、微生物电解电池、微生物电催化等),从而实现在环境、能源领域的广泛应用,并为开发有效且可持续性生产新能... 电活性微生物(产电微生物和亲电微生物)通过与外界环境进行双向电子和能量传递来实现多种微生物电催化过程(包括微生物燃料电池、微生物电解电池、微生物电催化等),从而实现在环境、能源领域的广泛应用,并为开发有效且可持续性生产新能源或大宗精细化学品的工艺提供了新机会。但是,电活性微生物的胞外电子传递效率比较低,这已经成为限制微生物电催化系统在工业应用中的主要瓶颈。以下综述了近年来利用合成生物学改造电活性微生物的相关研究成果,阐明了合成生物学如何用于打破电活性微生物胞外电子传递途径低效率的瓶颈,从而实现电活性微生物与环境的高效电子传递和能量交换,推动电活性微生物电催化系统的实用化进程。 展开更多
关键词 电活性微生物 合成生物学 微生物电催化 微生物燃料电池 微生物电合成
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闭合回路电子流强化硝酸盐异化还原为铵性能及功能菌群分析 被引量:1
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作者 张涵瑞 朱超 +2 位作者 郭中瑞 刘春雷 祝贵兵 《环境科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期217-227,共11页
硝酸盐异化还原为铵(DNRA)是氮循环中的一个重要过程,DNRA能够将硝酸盐还原为铵,是将活性氮保留在自然生态系统中的重要路径.然而,DNRA的效率仍然较低,其内在反应机理仍然不清楚.本研究采用自主搭建的电强化-DNRA(E-DNRA)连续流式反应器... 硝酸盐异化还原为铵(DNRA)是氮循环中的一个重要过程,DNRA能够将硝酸盐还原为铵,是将活性氮保留在自然生态系统中的重要路径.然而,DNRA的效率仍然较低,其内在反应机理仍然不清楚.本研究采用自主搭建的电强化-DNRA(E-DNRA)连续流式反应器,利用闭合回路电子流构建单个细菌周围强还原环境,以提高细菌周围局部微环境的电子供体比例,进而提高DNRA效率.据此,进一步深入探究了电子流强化DNRA过程的内在反应机理及DNRA功能菌的群落特征.结果表明,电阻为50Ω,水力停留时间为20 h,电极面积为847 cm^(2)时可以有效提高硝酸盐异化还原为铵(DNRA)的活性,反应器中c(NH_(4)^(+))/c(NO_(3)^(-))最高可达79.1%.胞外聚合物(EPS)、电子传递系统活性(ESTA)及NADH分析表明,电子流促进了电极生物膜上各菌属的生物的活性.宏基因分析结果表明,反应器内Thauera、Azonexus、Cupriavidus、Pseudomonas为主要功能菌属.以nrf A基因编码的细胞色素c型亚硝酸盐还原酶在电子流的作用下由0.18%升高至32.84%,促进了细胞周质内DNRA过程的发生;以nir B基因编码的NADH依赖型亚硝酸盐还原酶在电子流的作用下由6.05%升高至12.71%,强化了细胞质内DNRA过程的发生.研究结果将为开发强化的DNRA技术提供新策略. 展开更多
关键词 硝酸盐异化还原为铵(DNRA) 电活性菌 电子流 生物代谢通路 宏基因组
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生物电化学调控微生物代谢强化修复石油烃污染土壤的研究进展
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作者 汪国梁 李田 周启星 《科学通报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第28期3768-3779,共12页
石油烃污染问题已经逐渐成为全球性的土壤环境难题,亟需绿色低碳的新兴技术对其进行治理.本文从微生物代谢的视角,对生物电化学技术(microbial electrochemical technology,MET)在石油烃污染土壤修复方面的研究进展进行了综述.首先,分... 石油烃污染问题已经逐渐成为全球性的土壤环境难题,亟需绿色低碳的新兴技术对其进行治理.本文从微生物代谢的视角,对生物电化学技术(microbial electrochemical technology,MET)在石油烃污染土壤修复方面的研究进展进行了综述.首先,分析了石油烃降解菌的代谢过程,找到了微生物降解石油烃的关键限速步骤;随后,探讨了MET调控微生物代谢机理及其强化石油烃降解机制,确定了电活性菌与石油烃降解菌互营代谢过程是强化石油烃去除关键所在;在此基础上,深入讨论了MET的关键性能参数对微生物互营过程的影响;最后,为落实“双碳”目标,剖析了植物耦合MET的潜在强化污染物去除机制并评估了多技术联合修复的必要性.虽然大量研究为MET强化修复石油烃污染土壤提供了理论支撑与技术支持,但由于污染场地环境多样性和不可确定性,MET的实际应用效果以及未来市场推广仍然需要进一步考量. 展开更多
关键词 土壤石油烃 生物电化学技术 电活性菌 传质阻力 微生物互营
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Molecular insight into electron transfer properties of extracellular polymeric substances of electroactive bacteria by surface-enhanced Raman spectroscopy 被引量:2
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作者 TAN Bin ZHOU ShaoFeng +3 位作者 WANG Yi ZHANG BeiPing ZHOU LiHua YUAN Yong 《Science China(Technological Sciences)》 SCIE EI CAS CSCD 2019年第10期1679-1687,共9页
Extracellular polymeric substances(EPS) extracted from electroactive bacteria show promising redox activity, but the electron transfer(ET) mechanism of the EPS has been rarely elucidated because of their structural co... Extracellular polymeric substances(EPS) extracted from electroactive bacteria show promising redox activity, but the electron transfer(ET) mechanism of the EPS has been rarely elucidated because of their structural complexity and lack of efficient methodologies. In this study, the charge transfer theory of surface-enhanced Raman spectroscopy(SERS) was applied to evaluate the redox properties of EPS adsorbed on Ni and Ag nanoparticles(NPs). These metal NPs were used to simultaneously magnify Raman signals and reduce/oxidize the redox moieties in EPS. As a result, the ET between EPS and metal NPs was evaluated through the changes in Raman signals. In this regard, we compared the redox activity of EPS extracted from two typical electroactive bacteria(Shewanella oneidensis and Geobacter sulfurreducens) and another two nonelectroactive strains(Escherichia coli and Bacillus subtilis). Electrochemical measurements show that the electroactive strains have higher redox capabilities than nonelectroactive strains. The SERS analysis shows that the porphyrin present in cytochrome c is the dominating redox moiety in the EPS of electroactive bacteria. The results of this study show that SERS with active metal substrates is a sensitive tool to probe the redox response of EPS, offering an opportunity to better understand the redox nature of biomolecules. 展开更多
关键词 electroactive bacteria EXTRACELLULAR POLYMERIC substances redox properties SERS
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生物基化学品的微生物电合成研究进展 被引量:3
5
作者 周瑾洁 王旭东 +1 位作者 孙亚琴 修志龙 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第10期3005-3015,共11页
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... 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。 展开更多
关键词 微生物电合成 发酵 生物基化学品 电子传递机制 电化学活性菌株
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微生物胞外电子传递过程及其应用研究进展 被引量:3
6
作者 张多瑞 聂珍媛 +2 位作者 刘李柱 杨洪英 夏金兰 《生命科学》 CSCD 北大核心 2018年第6期680-689,共10页
电活性微生物的胞外电子传递在微生物电合成、矿物生物浸出、生物质能回收及污染物原位修复等方面表现出广阔的应用前景,因而受到研究者们的广泛关注。现综述近年来电活性微生物胞外电子传递过程及其应用的相关研究成果,指出该领域面临... 电活性微生物的胞外电子传递在微生物电合成、矿物生物浸出、生物质能回收及污染物原位修复等方面表现出广阔的应用前景,因而受到研究者们的广泛关注。现综述近年来电活性微生物胞外电子传递过程及其应用的相关研究成果,指出该领域面临的主要问题和发展方向。未来应加强微生物胞外电子传递路径及分子机制等方面的研究,分离筛选更高效的电活性菌种,优化反应器工艺设计,拓宽电活性微生物的应用领域,提高相应设备的效率。 展开更多
关键词 电活性微生物 胞外电子传递 生物浸出 微生物燃料电池
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微生物电化学技术去除水体中抗生素的研究进展 被引量:2
7
作者 周乐安 蒋倩 +3 位作者 孙士权 张伟 高阳 王鑫 《土木与环境工程学报(中英文)》 CSCD 北大核心 2021年第6期113-123,共11页
抗生素在各个行业中的广泛使用及其难降解性导致其富集进入水体而危害人类健康,越来越多的研究聚焦于水体中抗生素的去除。微生物电化学系统(BES)结合有机质生物降解和电信号刺激有效加速了废水中各类抗生素的去除。在现有文献的基础上... 抗生素在各个行业中的广泛使用及其难降解性导致其富集进入水体而危害人类健康,越来越多的研究聚焦于水体中抗生素的去除。微生物电化学系统(BES)结合有机质生物降解和电信号刺激有效加速了废水中各类抗生素的去除。在现有文献的基础上,综述了BES对于各类抗生素去除的性能,阐述了BES系统在降解抗生素时,电极表面的电活性微生物组成、抗生素的微生物电化学代谢途径,总结了抗生素在BES系统中去除的影响因素,分析了各类传统废水处理技术与BES耦合技术对于抗生素的去除效率,并对BES在抗生素去除中的优缺点进行了总结。 展开更多
关键词 抗生素 微生物电化学系统 电活性微生物 废水处理 资源回收
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合成生物学方法改造电活性生物膜研究进展 被引量:1
8
作者 徐静 由紫暄 +4 位作者 张君奇 陈正 吴德光 李锋 宋浩 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第9期3950-3962,共13页
电活性生物膜是由电能细胞分泌的胞外多糖、蛋白、胞外DNA(extracellular DNA,eDNA)、菌毛等成分聚集,与细胞本身相互交联形成的导电多聚体。以多菌群落形态展现,在微生物燃料电池、微生物电合成、高值化学品生产、重金属污染处理、医... 电活性生物膜是由电能细胞分泌的胞外多糖、蛋白、胞外DNA(extracellular DNA,eDNA)、菌毛等成分聚集,与细胞本身相互交联形成的导电多聚体。以多菌群落形态展现,在微生物燃料电池、微生物电合成、高值化学品生产、重金属污染处理、医疗等领域中具有至关重要的作用,是微生物电催化系统研究的核心之一。但自然状态下的电活性生物膜因厚度、结构稳定性、生物量等因素的限制,严重制约了电子传递效率。综述了近五年利用合成生物学改造电活性生物膜的研究进展,系统探讨了工程生物膜的构建、结构成分、导电性能以及应用,为将来进一步实现高效电催化奠定基础。 展开更多
关键词 电活性微生物 生物膜 合成生物学 生物催化 胞外电子传递 微生物电催化
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电活性菌藻生物膜强化人工湿地处理水产养殖废水的小试研究 被引量:3
9
作者 林梓杨 匡彬 +2 位作者 倪智力 周丽琳 汪涛 《水处理技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第2期122-127,共6页
人工湿地(CW)处理鱼塘养殖废水存在处理效率低、稳定性差等问题。本研究采用电活性菌藻生物膜(BA)以微生物燃料电池(MFC)形式强化CW处理鱼塘养殖废水,即BA-MFC-CW。与CW组相比,BA-MFC-CW组对COD、总磷、总氮的去除率分别提高了26.69%、2... 人工湿地(CW)处理鱼塘养殖废水存在处理效率低、稳定性差等问题。本研究采用电活性菌藻生物膜(BA)以微生物燃料电池(MFC)形式强化CW处理鱼塘养殖废水,即BA-MFC-CW。与CW组相比,BA-MFC-CW组对COD、总磷、总氮的去除率分别提高了26.69%、23.17%、16.67%。相比MFC-CW组,BA-MFC-CW组对COD、总磷、总氮去除率分别提高了0.95%、25.64%、6.48%。高通量测序表明,在电活性菌藻生物膜中,Acinetobacter、Cyanobium、Pseudomonas和Ottowia得到富集;在MFC阳极上,Geobacter、Aminicenantales和Clostridium生长状况良好。以上结果表明,电活性菌藻生物膜技术能够有效提高人工湿地处理水产养殖废水的效果。 展开更多
关键词 电活性菌藻生物膜 人工湿地 微生物燃料电池 水产养殖废水 小试
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电活性菌藻膜耦合虹吸曝气技术处理海水养殖废水 被引量:2
10
作者 匡彬 周丽琳 +3 位作者 蔡传林 龙禧 张宝雯 汪涛 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第21期205-212,共8页
人工湿地耦合微生物燃料电池(constructed wetland-microbial fuel cell,CW-MFC)被广泛应用于低碳氮比水产养殖废水处理。然而,高盐度抑制限制了其在海水养殖废水处理中的应用。针对高盐抑制,该研究利用海水底泥和海洋微藻构建电活性菌... 人工湿地耦合微生物燃料电池(constructed wetland-microbial fuel cell,CW-MFC)被广泛应用于低碳氮比水产养殖废水处理。然而,高盐度抑制限制了其在海水养殖废水处理中的应用。针对高盐抑制,该研究利用海水底泥和海洋微藻构建电活性菌藻生物膜并结合虹吸曝气技术强化CW-MFC处理海水养殖废水。相比CW-MFC,强化系统对化学需氧量、总磷、总氮、磺胺甲恶唑、Cu^(2+)的去除率分别提高33.46%,31.07%、25.64%、12.03%、24.25%。高通量测序显示,硝化和反硝化细菌Marinobacter、Muricauda、Xanthomarina生长状况良好;在MFC阳极和电活性菌藻生物膜表面,胞外呼细菌Geobacteraceae和Pseudomonas以及海洋微藻细菌Pseudooceanicola和Hoeflea被显著富集。研究结果表明,电活性菌藻生物膜耦合虹吸曝气技术可以有效提高CW-MFC系统处理海水养殖废水的效能。 展开更多
关键词 水产养殖 海水 微生物燃料电池 虹吸曝气 海水养殖废水 电活性生物膜 人工湿地
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革兰氏阳性电活性菌的电子传递及其应用 被引量:2
11
作者 陈立香 李祎頔 +1 位作者 田晓春 赵峰 《化学进展》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2020年第10期1557-1563,共7页
电活性菌将电子从胞内转移至胞外电子受体或者将胞外电子转移至胞内的过程为胞外电子传递,其在微生物群落间的电子传递及元素的地球化学循环过程中发挥重要作用。电活性菌的胞外电子传递研究前期主要集中于革兰氏阴性菌,由于革兰氏阳性... 电活性菌将电子从胞内转移至胞外电子受体或者将胞外电子转移至胞内的过程为胞外电子传递,其在微生物群落间的电子传递及元素的地球化学循环过程中发挥重要作用。电活性菌的胞外电子传递研究前期主要集中于革兰氏阴性菌,由于革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌的膜结构/厚度明显不同,因此二者的电子跨膜传递途径差异明显。革兰氏阳性菌因分布广泛且可在高温、低pH、高pH和高盐等环境中生存,其电活性和电子传递机制也逐渐引起关注。本文归纳总结了革兰氏阳性电活性菌的电子传递类型,基于厚壁菌门、放线菌门和绿弯菌门的分类阐述胞外电子传递的研究进展,分析了革兰氏阳性电活性菌在污染物降解、生物能源和工业制品合成等方面的应用,并展望了未来的发展方向。 展开更多
关键词 革兰氏阳性电活性菌 胞外电子传递 污染物去除 生物能源 生物制品
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微生物电解池催化CO_(2)电转化为甲烷:影响因素、电子传递和展望
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作者 王佳懿 陆雪琴 甄广印 《环境化学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期393-404,共12页
化石燃料作为能源供应的主要来源,燃烧导致大量CO_(2)的释放和温室效应,CO_(2)的捕获和再利用越来越受到人们的关注.微生物电解池(MEC)作为一种新的CO_(2)再利用技术,可通过将电活性微生物与电化学刺激相结合,将CO_(2)通过生物电化学作... 化石燃料作为能源供应的主要来源,燃烧导致大量CO_(2)的释放和温室效应,CO_(2)的捕获和再利用越来越受到人们的关注.微生物电解池(MEC)作为一种新的CO_(2)再利用技术,可通过将电活性微生物与电化学刺激相结合,将CO_(2)通过生物电化学作用回收为低碳燃料(如CH_(4)),从而实现CO_(2)固定和能量回收.尽管近年来MEC领域有较多研究,但仍然存在许多问题阻碍了该技术的规模化和产业化.本文梳理了CO_(2)电化学产甲烷的工作原理、性能影响的关键因素、生物阴极电活性功能微生物及其胞外电子传递机制、电催化耦合技术的最新研究进展,提出了MEC辅助CO_(2)电甲烷化技术的未来研究需求和挑战. 展开更多
关键词 微生物电解池(MEC) CO_(2)电甲烷化 阴极材料 电活性功能菌 胞外电子传递机制
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