河南工业大学，江苏大学，CEJ：一种合理设计的三菌种联盟系统协同改进微生物燃料电池发电

第一作者：韩俊莹

通讯作者：翟丹丹，雍阳春

微生物燃料电池（MFC）是一种实用的电化学系统，它不仅可以降解水污染物，还可以通过微生物产生电能。它是产生绿色能源和控制环境污染的重要技术。虽然MFC是绿色能源，但其低功率发电使其不能广泛应用在实际生活中。近年来，基因工程、电极修饰、混合系统等技术被用于改善MFC的产电性能。在这些方法中，使用混合系统是最简单、最直接的提高产电能力的方法。本篇文章分析了不同菌种间相互作用导致产电性能提高的原因，有助于加深对混合产电微生物产电机制的理解。为混合产电微生物燃料电池的实际应用提供了技术指导。

近日，河南工业大学翟丹丹副教授课题组和江苏大学雍阳春教授课题组联合在国际知名期刊Chemical Engineering Journal上发表了题为“A rational designed synthetic three-species alliance system for synergetic improvement on power generation from microbial fuel cell’’的研究文章，硕士研究生韩俊莹为该文章的第一作者。该文章经过工艺优化，通过合理设计构建了以产电模式菌希瓦菌为基础、铜绿假单胞菌和植物乳杆菌为“协同伙伴”的三种菌种联盟体系（如图1），在以葡萄糖为底物的MFC中，三菌种联盟体系的最大功率密度为~207 mW/m²，比单一菌种接种的MFC提高了2~58倍。

混合微生物燃料电池由于物种间的协同作用，其输出功率往往优于单一菌种燃料电池。通过工艺优化，以产电模式菌希瓦菌（Shewanella oneidensis MR-1）、铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）和植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum）为基础，合理设计合成三种菌联盟体系，在以葡萄糖为底物的MFC中，三种菌种联盟体系的最大功率密度为~207 mW/m²，比单一菌种接种的MFC提高了2~58倍。此外，该合成联盟系统可以利用广谱底物(乳糖、蔗糖、麦芽糖、阿拉伯糖、纤维素二糖)发电，并且具有较好的产电性能。电化学和代谢分析表明，这种合成联盟系统在电荷转移、底物利用和生物膜形成方面的协同增强是MFC性能提高的潜在机制。在该体系中，L. plantarum利用葡萄糖产生乳酸作为S. oneidensis MR-1的产电底物和电子供体，P. aeruginosa利用葡萄糖产生另一种电子穿梭体吩嗪类物质，也可以促进S. oneidensis MR-1生物膜的生长，帮助联盟系统更好地传递电子。本研究展示了一种通过合理设计的合成细菌群落来提高MFC性能的新策略，这将进一步成为更新MFC的优化工具箱。

A rational designed synthetic three-species alliance system for synergetic improvement on power generation from microbial fuel cell