[发明专利]监测直接种间电子传递的微生物燃料电池及应用方法

说明书

本发明提供了一种监测直接种间电子传递的微生物燃料电池，包括阳极室和阴极室，所述阳极室中安装阳极，所述阴极室中安装阴极，所述阳极室和阴极室之间用质子交换膜隔开，所述阳极和阴极之间通过导线串联外接电阻。使用该微生物燃料电池能够实现快速直观的观测微生物之间的直接种间电子传递，操作简单，直观性强。

技术领域

本发明涉及一种监测直接种间电子传递的微生物燃料电池及应用方法，属于微生物技术领域。

背景技术

微生物种间电子传递是指电子供体微生物与电子受体微生物之间通过直接或间接方式传递电子形成互营生长关系，从而共同完成单一微生物不能完成的代谢过程的现象。微生物种间电子传递在厌氧消化产甲烷、甲烷厌氧氧化、微生物脱氯等重要环境过程中发挥重要作用，具有重大应用潜力，近年来受到广泛关注。

目前发现的微生物种间电子传递方式分为间接种间电子传递和直接种间电子传递。间接种间电子传递一般需要氢、甲酸、核黄素等作为电子载体，能量消耗大；直接种间电子传递是指微生物间通过纳米导线、氧化还原蛋白、导电颗粒等进行直接电子交换，能量消耗低，电子传递效率高。微生物直接种间电子传递方式的发现改变了微生物互营代谢必须依赖氢/甲酸等能量载体的传统认识。如果能以直接可观性强的方式观察微生物之间的直接电子传递，就可以快速高效的筛选出能量消耗低、电子传递效率高的电子互营菌群，加深对微生物种间电子传递的认识，为理解微生物种间电子传递在自然界碳氮等元素循环、温室气体排放、污染物降解等关键生物地球化学过程中的作用，并将其用于实际应用如厌氧消化产甲烷、甲烷厌氧氧化、微生物脱氯等。

但是，在现有技术中尚未发现有可用来快速直接监测微生物直接种间电子传递的方法。

发明内容

本发明提供了一种监测直接种间电子传递的微生物燃料电池及应用方法，可以有效解决上述问题。

本发明是这样实现的：

一种监测直接种间电子传递的微生物燃料电池，包括阳极室和阴极室，所述阳极室中安装阳极，所述阴极室中安装阴极，所述阳极室和阴极室之间用质子交换膜隔开，所述阳极和阴极之间通过导线串联外接电阻。

作为进一步改进的，所述阳极和阴极均为石墨板电极。

作为进一步改进的，所述石墨板电极的尺寸为4-5cm×4-5cm。

作为进一步改进的，所述外接电阻0.5-2MΩ。

一种监测微生物直接种间电子传递的方法，应用上述的监测直接种间电子传递的微生物燃料电池，包括以下步骤：

S1，向所述阳极室和阴极室中装入培养基；将电子供体微生物接种于所述阳极室，将电子受体微生物接种于所述阴极室；将外源电子供体加入阳极室，将外源电子受体加入阴极室；

S2，在一定条件下培养一段时间后，检测所述外接电阻两端的电压，根据电压大小判断微生物间的电子传递情况。

作为进一步改进的，所述外源电子供体为乙醇，所述外源电子受体为富马酸。

作为进一步改进的，所述乙醇的终浓度为15-25mM，所述富马酸的终浓度为35-45mM。

作为进一步改进的，所述电子供体微生物为Geobacter metallireducens，电子受体微生物为Geobacter sulfurreducens。

作为进一步改进的，所述Geobacter metallireducens和Geobactersulfurreducens在接种前需要用生理盐水洗菌。

作为进一步改进的，所述Geobacter metallireducens和Geobactersulfurreducens的接种量为1-5％v/v，接种菌液OD₆₀₀值为0.1-0.3。