[發明專利]監測直接種間電子傳遞的微生物燃料電池及應用方法

在審

• 申請號: 202011036719.2
• 申請日: 2020-09-28
• 公開（公告）號: CN112162013A
• 公開（公告）日: 2021-01-01
• 發明（設計）人: 劉星;黃玲艷;周順桂
• 申請（專利權）人: 福建農林大學
• 主分類號: G01N27/00
• 分類號: G01N27/00;H01M8/16
• 代理公司: 廈門智慧呈睿知識產權代理事務所(普通合伙) 35222
• 代理人: 楊唯

本發明提供了一種監測直接種間電子傳遞的微生物燃料電池，包括陽極室和陰極室，所述陽極室中安裝陽極，所述陰極室中安裝陰極，所述陽極室和陰極室之間用質子交換膜隔開，所述陽極和陰極之間通過導線串聯外接電阻。使用該微生物燃料電池能夠實現快速直觀的觀測微生物之間的直接種間電子傳遞，操作簡單，直觀性強。

技術領域

本發明涉及一種監測直接種間電子傳遞的微生物燃料電池及應用方法，屬于微生物技術領域。

背景技術

微生物種間電子傳遞是指電子供體微生物與電子受體微生物之間通過直接或間接方式傳遞電子形成互營生長關系，從而共同完成單一微生物不能完成的代謝過程的現象。微生物種間電子傳遞在厭氧消化產甲烷、甲烷厭氧氧化、微生物脫氯等重要環境過程中發揮重要作用，具有重大應用潛力，近年來受到廣泛關注。

目前發現的微生物種間電子傳遞方式分為間接種間電子傳遞和直接種間電子傳遞。間接種間電子傳遞一般需要氫、甲酸、核黃素等作為電子載體，能量消耗大；直接種間電子傳遞是指微生物間通過納米導線、氧化還原蛋白、導電顆粒等進行直接電子交換，能量消耗低，電子傳遞效率高。微生物直接種間電子傳遞方式的發現改變了微生物互營代謝必須依賴氫/甲酸等能量載體的傳統認識。如果能以直接可觀性強的方式觀察微生物之間的直接電子傳遞，就可以快速高效的篩選出能量消耗低、電子傳遞效率高的電子互營菌群，加深對微生物種間電子傳遞的認識，為理解微生物種間電子傳遞在自然界碳氮等元素循環、溫室氣體排放、污染物降解等關鍵生物地球化學過程中的作用，并將其用于實際應用如厭氧消化產甲烷、甲烷厭氧氧化、微生物脫氯等。

但是，在現有技術中尚未發現有可用來快速直接監測微生物直接種間電子傳遞的方法。

發明內容

本發明提供了一種監測直接種間電子傳遞的微生物燃料電池及應用方法，可以有效解決上述問題。

本發明是這樣實現的：

一種監測直接種間電子傳遞的微生物燃料電池，包括陽極室和陰極室，所述陽極室中安裝陽極，所述陰極室中安裝陰極，所述陽極室和陰極室之間用質子交換膜隔開，所述陽極和陰極之間通過導線串聯外接電阻。

作為進一步改進的，所述陽極和陰極均為石墨板電極。

作為進一步改進的，所述石墨板電極的尺寸為4-5cm×4-5cm。

作為進一步改進的，所述外接電阻0.5-2MΩ。

一種監測微生物直接種間電子傳遞的方法，應用上述的監測直接種間電子傳遞的微生物燃料電池，包括以下步驟：

S1，向所述陽極室和陰極室中裝入培養基；將電子供體微生物接種于所述陽極室，將電子受體微生物接種于所述陰極室；將外源電子供體加入陽極室，將外源電子受體加入陰極室；

S2，在一定條件下培養一段時間后，檢測所述外接電阻兩端的電壓，根據電壓大小判斷微生物間的電子傳遞情況。

作為進一步改進的，所述外源電子供體為乙醇，所述外源電子受體為富馬酸。

作為進一步改進的，所述乙醇的終濃度為15-25mM，所述富馬酸的終濃度為35-45mM。

作為進一步改進的，所述電子供體微生物為Geobacter metallireducens，電子受體微生物為Geobacter sulfurreducens。

作為進一步改進的，所述Geobacter metallireducens和Geobactersulfurreducens在接種前需要用生理鹽水洗菌。

作為進一步改進的，所述Geobacter metallireducens和Geobactersulfurreducens的接種量為1-5％v/v，接種菌液OD₆₀₀值為0.1-0.3。