论文部分内容阅读
微生物燃料电池（MFC）作为污染处理和能源供应的热门技术被广泛研究。其中产电微生物资源分布是当前研究的热点之一。目前,大多数产电微生物都是从各类污水、水底沉积物和土壤等环境中分离获得,但仍有大量产电微生物资源还未被开发,如植物内生菌资源。更多样的资源将为产电微生物产电机理和应用研究带来更多的发现。文章从产电微生物资源的发掘出发,针对丰富的植物内生菌资源,利用WO3纳米探针从多种植物组织中初步分离筛选产电内生菌,并将菌株和植物组织接种MFC,通过采集电压曲线、功率密度曲线、循环伏安曲线和阳极电极膜扫描电镜照片分析了其电化学性能。同时对植物组织接种的MFC阳极微生物群落进行了高通量分析。并对其中优良产电菌株在甲基橙降解和Cu2+吸附中的应用进行了初步探索。研究证明了植物内生菌作为产电微生物资源库的可行性,发现了其在环境保护中的应用潜力。主要研究结果如下:1.实验利用WO3纳米探针高通量检测了红薯、当归、土豆、山药、莲藕和胡萝卜内生细菌及真菌的产电性,从当归和红薯的块根中分离出了17株产电微生物,其中的6株经鉴定,D1为Bacillus zhangzhouensis;D2为Pleomorphomonas oryzae;D4为Rahnella aquatilis;H1为Paenibacillus cucumis;H3为Staphylococcus succinus subsp.succinus;H11为Shinella zoogloeoides,初步验证了植物内生菌具备电化学活性。2.对红薯和当归接种的MFC阳极液和阳极膜的微生物群落结构分析,结果显示红薯和当归接种的MFC菌落结构与其他环境中MFC有一定的差异。当归组织接种的MFC阳极液和阳极生物膜中主要以变形菌门（Proteobacteria）为主。红薯组织接种的MFC阳极电极上同样以变形菌门为主,阳极液中主要以厚壁菌门（Firmicutes）为主。在属水平上,当归接种的MFC中,假单胞菌属（Pseudomonas）为阳极液中的优势菌属,在阳极电极样品中优势属为Clostridioides和假单胞菌属。红薯接种的MFC阳极液和阳极电极中优势属为葡萄球菌属（Staphylococcus）和Lachnoclostridium 5。3.对分离出的六株植物内生产电菌产电菌进行电化学活性测试,功率密度曲线显示菌株D1、D2、D4、H1、H3和H11所能产生的最大功率密度分别可以达到24.9±1.7 mW/m2、38.5±4.3 mW/m2、24.4±3.0 mW/m2、51.9±2.5 mW/m2、122.9±3.5mW/m2和78.3±1.8 mW/m2。对其进行的循环伏安扫描和阳极碳毡扫描电镜观察结果显示D1、D2、H1、H3和H11可能存在直接和间接多种电子传递方式,D4可能通过直接接触传递电子,H3存在类似纳米导线结构。对当归和红薯接种的MFC进行的电化学活性测试结果显示,其分别产生了196.9±5.8 mW/m2,和142.9±16.4mW/m2的功率密度。研究表明分离获得的植物内生产电菌具有良好的电化学活性。4.对筛选出的产电菌H3在甲基橙降解的应用研究中发现,H3可耐受pH范围为5-10,可耐受23%的NaCl浓度。在常规条件下36 h内能降解20 mg/L的甲基橙。适宜的脱色温度为25-45℃,pH为5-8,NaCl浓度为1-7%,Fe3+、Fe2+、Cu2+和氧气对H3降解甲基橙具有抑制作用。5.对H3的Cu2+吸附应用研究发现,常规条件下吸附达到平衡后H3对Cu2+的吸附量可达14.3 mg/g。H3适宜的吸附温度为25-45℃,pH为6-10,在50 mg/L的Cu2+浓度中仍具有10.0 mg/g的吸附量。研究表明植物内生产电菌H3具备一定的应用潜力。