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基于微生物胞外电子传递的微生物燃料电池(MFC)作为一种高效回收能源和资源的新技术,已经发展成为一个涵盖微生物学、(电)化学、物理学、材料学以及工程学等诸多学科的交叉平台,引起了人们的广泛关注,并展现出广阔的发展潜力。因此,对微生物电子传递机制进行深入研究,丰富电子传递调控的手段对于推动生物电化学系统的进步和应用有着重要的意义。本论文的主要目的是考察解偶联剂存在和Fe(Ⅲ)作为电子受体时的电子传递机制,探索调控微生物胞外电子传递的可行性,同时尝试将微生物胞外电子传递和废水处理系统相耦合来实现其实际应用。本论文工作的主要内容如下：1.以Shewanella oneidensis MR-1在内的六种纯种微生物和混合微生物为对象,利用MFC和W03-24孔电致变色系统考察了解偶联剂3,3’,4’,5-四氯水杨酰苯胺和2,4-二硝基酚对微生物电子传递的影响。结果表明,无论是在MFC还是W03-24孔板中,合适浓度的解偶联剂均可促进微生物的电子传递；如50¨∥L的TCS和DNP可使接种S. oneidensis MR-1的MFCs的库仑效率增加约10%。以S. oneidensis MR-1作为模式菌株,分析了解偶联效应下微生物与电子传递相关的生理特性,探索了利用解偶联效应调控微生物电子传递的机制。2.分别考察了S. oneidensis MR-1以水合氧化铁、α-氧化铁、铁的EDTA钠盐和柠檬酸铁为电子受体时的产率(生成蛋白质的量/消耗丙酮酸的量),发现铁的EDTA钠盐和柠檬酸铁为电子受体时MR-1的产率要明显高于电子受体不存在时MR-1的产率,而水合氧化铁、α-氧化铁的存在与否对MR-1产率影响不大。因此将这四种电子受体分为主动电子受体和电子沉积池两类。当水合氧化铁和洳氧化铁等电子沉积池存在时,S. oneidensis MR-1通过底物水平磷酸化来获取能量,而当铁的EDTA钠盐和柠檬酸铁等主动电子受体存在时,该细菌则通过氧化磷酸化来获取能量；这一结论也被铜离子/双香豆素呼吸抑制实验和硝酸根电子受体共存实验的结果所印证；呼吸抑制实验和S. oneidensis MR-1野生型／突变株还原Fe(Ⅲ)实验结果证实了面对不同的Fe(Ⅲ)电子受体时,S.oneidensis MR-1存在不同的电子传递路径。3.通过反应器构型的创新设计和微生物胞外电子传递的引入,将MFC和膜生物反应器MBR偶合成为一个低能耗的废水生物处理系统。在该系统中,为适应未来处理实际废水的需要,MBR和MFC在构建中均尽可能地采用廉价和易于维护的原材料。该MFC-MBR耦合系统在废水处理和电能输出两方面均有较好的表现,表明此耦合系统有很强的实际应用潜力.4.以所构建的MFC与序批式生物反应器SBR的耦合系统为对象,分别研究了不同进水底物浓度和水力停留时间下MFC和SBR的运行工况。结果表明,MFC阴极的氧气还原是系统电能输出的主要限制因素,且与阳极的底物消耗通过系统的‘食物链”紧密结合；MFC阴极的电化学活性菌和普通的异养菌共同生活在SBR中,并竞争氧气：提高MFC组件在底物去除上的贡献率可以有效地减缓这种竞争,改善该耦合系统在废水处理和电能输出方面的表现。