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微生物异化还原金属氧化物是自然界中广泛存在的一个重要生命过程，是地球化学循环重要组成部分，不仅为生命科学领域的基础问题提供新的探索途径，而且在生物冶金、环境治理等领域具有很大应用价值。该过程的主要特征是微生物利用固态金属氧化物作其呼吸作用的最终电子受体，获得生命活动所需的能量。自然界中微生物对此采取了三种策略：通过螯合剂将金属离子螯合溶解后再将其还原；通过电子传递中间体复合物传递电子予金属氧化物；通过吸附接触直接传递电子。
本论文围绕上述的三种电子传递方式展开，以Geobactermetallireducens为模式微生物，针对该过程中微生物利用固体电子受体的特征，重点研究了通过电子传递中间体和通过吸附接触直接传递电子这两种方式。实验中建立了Geobactermetallireducens以Fe(OH)3为最终电子受体的异化还原实验体系以及石墨电极作微生物最终电子受体的微生物燃料电池体系。通过综合分析两个实验体系的实验结果以及生物膜的数学模型，得出如下主要结论：
(1)固态的金属氧化物作最终的电子受体涉及一个胞外的电子传递过程。该环节的阻力是异化还原过程的重要阻力。
(2)金属离子螯合剂通过对金属离子的螯合作用，可以在初始阶段提高金属离子的生物可及性，降低胞外电子传递过程阻力，显著加速异化还原过程。
(3)电子传递中间体通过其在细胞与金属氧化物间的电子传递作用，同样可以降低胞外电子传递过程阻力，在初始阶段显著加速异化还原。
(4)微生物在异化还原金属氧化物的三种方式中，直接吸附接触方式起着重要作用，而直接吸附接触过程中形成的生物膜是一个关键因素，生物膜的形成需要一段较长的时间。
(5)金属氧化物颗粒表面形成成熟的生物膜后，由于生物膜对膜内物质扩散的影响，AQDS(9,10-蒽醌-2,6-磺酸钠)等电子传递中间体复合物加速异化还原速率的作用减弱，直接吸附接触方式传递电子占主导地位。
(6)影响生物膜的解离力和生长力会通过影响生物膜的形态、形成生物膜网络所需高分子物质的分泌等方式，影响异化还原作用。
(7)微生物异化还原固体电子受体的速率与固体电子受体可接触反应表面积成一定正相关性。