电活性微生物基因编辑与转录调控技术进展与应用 被引量：2

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作者 陈雅如 曹英秀 宋浩 《合成生物学》 CSCD 2023年第6期1281-1299,共19页

电活性微生物通过胞外电子传递通路与胞外电子受体/供体进行双向电子交换,产生或吞噬电流。电活性微生物已广泛应用于微生物电化学技术领域,涵盖了元素的生物地球化学循环、环境污染的生物处理与电能生产、生物传感、微生物冶金以及化... 电活性微生物通过胞外电子传递通路与胞外电子受体/供体进行双向电子交换,产生或吞噬电流。电活性微生物已广泛应用于微生物电化学技术领域,涵盖了元素的生物地球化学循环、环境污染的生物处理与电能生产、生物传感、微生物冶金以及化学品的微生物电合成等多个领域,成为全球环境保护和低碳经济的研究热点。然而,这些微生物在实际应用中仍面临较大局限,如微生物燃料电池的输出功率密度存在一定的上限、微生物电合成技术中的CO_(2)还原速率尚未达到理想水平等。为了克服这些限制性因素,需要通过高效的基因编辑和转录调控策略来改变电活性微生物的遗传特性,提高其双向电子传递效率。本文首先总结了模式电活性微生物(希瓦氏菌和地杆菌)和其他代表性电活性微生物的基因编辑方法和利用CRISPR(clustered regularly interspaced short palindromic repeat)技术实现转录调控的策略。在基因编辑方面,涵盖了(CRISPR辅助的)同源重组、碱基编辑等方法;而在转录调控方面,包括了CRISPR介导的抑制和激活。此外,对于多基因编辑和调控的策略也进行了深入探讨。其次,综述了这些技术在环境、能源领域中的应用,包括微生物燃料电池、污染物生物处理和修复等。最后,讨论了目前电活性微生物工程改造所面临的挑战和未来的发展方向。 展开更多

关键词 电活性微生物 基因编辑 转录调控 CRISPR 胞外电子传递

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微生物电极界面过程与计量学研究现状

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作者 刘俊希 岳学海 +3 位作者 谭浩 刘冰洁 刘鸿 殷逢俊 《环境化学》 北大核心 2025年第6期2054-2067,共14页

微生物电极是一个从胞内代谢到电极表面的复杂过程,其本质是电活性微生物与电极之间的物质、能量和电子传输,目前针对这三者关系的研究较匮乏,没有揭示微生物、基质、电量之间转化的计量学关系,厘清微生物电极过程计量学关系对微生物电... 微生物电极是一个从胞内代谢到电极表面的复杂过程,其本质是电活性微生物与电极之间的物质、能量和电子传输,目前针对这三者关系的研究较匮乏,没有揭示微生物、基质、电量之间转化的计量学关系,厘清微生物电极过程计量学关系对微生物电化学的理论研究和技术应用有重要意义.本文综述了胞内代谢、跨膜运输、胞外电子传递和溶液界面传质等微生物电极界面过程的研究现状,介绍了微生物电极界面过程的表征与分析方法,分析了微生物电极计量学基本概念与关系,论述了库伦效率在计量学关系研究中的价值及面临的问题,最后展望了微生物电极计量学关系的应用价值及未来研究方向. 展开更多

关键词 微生物电化学系统 电活性微生物 界面过程 电子 质子 计量学.

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利用微生物电解池构建新型BOD快速测定生物传感器

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作者 蒋海明 司万童 潘建刚 《高校化学工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第6期1489-1495,共7页

基于微生物电解池构建了新型生化需氧量(BOD)快速测定生物传感器,以葡萄糖-谷氨酸溶液为模拟废水对传感器的性能进行了评估。结果表明:(1)当外加电压保持为0.7 V,传感器的最大电流与BOD浓度在10~400 mg×L^(-1)内符合Monod方程,且... 基于微生物电解池构建了新型生化需氧量(BOD)快速测定生物传感器,以葡萄糖-谷氨酸溶液为模拟废水对传感器的性能进行了评估。结果表明:(1)当外加电压保持为0.7 V,传感器的最大电流与BOD浓度在10~400 mg×L^(-1)内符合Monod方程,且传感器的最大电流和BOD浓度在10~100 mg×L^(-1)呈线性关系;(2)传感器的测量时间短,BOD浓度在10~400 mg×L^(-1)测量时间约为10 min;(3)传感器的重复性(±SD<±12.2%,n=6)和稳定性(±SD<±6%,12 d)好。结论:基于微生物电解池开发新型BOD生物传感器是可行的,且传感器具有灵敏度高、线性范围宽、检测时间短、重复性及稳定性好等优点,并能快速测定BOD。 展开更多

关键词 生物传感器 生化需氧量 微生物电解池 电活性微生物

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微生物电化学技术去除水体中抗生素的研究进展 被引量：3

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作者 周乐安 蒋倩 +3 位作者 孙士权 张伟 高阳 王鑫 《土木与环境工程学报（中英文）》 CSCD 北大核心 2021年第6期113-123,共11页

抗生素在各个行业中的广泛使用及其难降解性导致其富集进入水体而危害人类健康,越来越多的研究聚焦于水体中抗生素的去除。微生物电化学系统(BES)结合有机质生物降解和电信号刺激有效加速了废水中各类抗生素的去除。在现有文献的基础上... 抗生素在各个行业中的广泛使用及其难降解性导致其富集进入水体而危害人类健康,越来越多的研究聚焦于水体中抗生素的去除。微生物电化学系统(BES)结合有机质生物降解和电信号刺激有效加速了废水中各类抗生素的去除。在现有文献的基础上,综述了BES对于各类抗生素去除的性能,阐述了BES系统在降解抗生素时,电极表面的电活性微生物组成、抗生素的微生物电化学代谢途径,总结了抗生素在BES系统中去除的影响因素,分析了各类传统废水处理技术与BES耦合技术对于抗生素的去除效率,并对BES在抗生素去除中的优缺点进行了总结。 展开更多

关键词 抗生素 微生物电化学系统 电活性微生物 废水处理 资源回收

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生物工程强化微生物电合成转化CO2的研究进展 被引量：3

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作者 邹龙 金熠樵 +2 位作者 吴贤 黄运红 龙中儿 《微生物学杂志》 CAS CSCD 2019年第3期95-104,共10页

微生物电合成(Microbial electrosynthesis,MES)可直接利用电能驱动微生物还原固定CO2合成多碳化合物,为可再生新能源转化、精细化学品制备和生态环境保护提供新机遇。但是,微生物吸收胞外电极电子速率慢、产物合成效率低和产品品位不高... 微生物电合成(Microbial electrosynthesis,MES)可直接利用电能驱动微生物还原固定CO2合成多碳化合物,为可再生新能源转化、精细化学品制备和生态环境保护提供新机遇。但是,微生物吸收胞外电极电子速率慢、产物合成效率低和产品品位不高,限制了MES实现工业化应用。在概述阴极电活性微生物吸收胞外电子的分子机制的基础上,重点综述近5年应用生物工程的理论和技术强化MES用于CO2转化的策略与研究进展,包括改造和调控胞外电子传递通路和胞内代谢途径以及定向构建有限微生物混合培养菌群三方面,阐明了生物工程可有效突破MES中电子传递慢和可用代谢途径相对单一等瓶颈。针对目前生物工程在改进MES所面临的主要问题,从胞外电子传递机理研究、基因工具箱开发、组学技术与现代分析技术联用等角度展望了今后的研究方向。 展开更多

关键词 微生物电合成 生物工程 电活性微生物 胞外电子传递 代谢 生物能源 二氧化碳固定

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纳米材料介导微生物胞外电子传递过程的研究进展 被引量：3

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作者 刘姝睿 吴雪娥 王远鹏 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第7期3576-3589,共14页

微生物胞外电子传递(EET)过程在自然界中普遍存在,并且在能源利用和环境修复等方面具有广阔的应用前景,但是低效的电子传递一直是其在实际应用中的关键瓶颈。纳米材料具有独特的表面效应、体积效应、量子尺寸及宏观量子隧道效应等性质,... 微生物胞外电子传递(EET)过程在自然界中普遍存在,并且在能源利用和环境修复等方面具有广阔的应用前景,但是低效的电子传递一直是其在实际应用中的关键瓶颈。纳米材料具有独特的表面效应、体积效应、量子尺寸及宏观量子隧道效应等性质,引入纳米材料与电活性微生物相结合实现优势互补,可以缩短电荷转移路径,从而提高EET效率。本文综述了EET方式,以及纳米材料的电子转移能力、氧化还原电势、表面结构与性质、生物相容性及纳米材料-微生物的界面构筑对EET过程的影响,重点阐述了纳米材料与电活性微生物界面构筑的各种策略,并讨论了这些策略的适用性和局限性,最后展望了纳米材料强化电活性微生物EET的未来研究方向。 展开更多

关键词 电活性微生物 胞外电子传递 纳米材料 界面 生物催化

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底物浓度对微生物电解池阳极膜形成影响 被引量：3

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作者 孙和临 李建昌 +1 位作者 邵琼丽 郑金柱 《环境科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2018年第11期27-32,共6页

通过改变乙酸底物浓度(10、15、20、25 g/L)在35℃培养温度下运行单室微生物电解池(MEC),研究底物浓度对形成阳极生物膜影响。分析了不同条件下MEC阳极产电效果、氢气产率以及进一步的膜生物量。结果表明,在阳极膜形成过程中,随着底物... 通过改变乙酸底物浓度(10、15、20、25 g/L)在35℃培养温度下运行单室微生物电解池(MEC),研究底物浓度对形成阳极生物膜影响。分析了不同条件下MEC阳极产电效果、氢气产率以及进一步的膜生物量。结果表明,在阳极膜形成过程中,随着底物浓度增加,电流先增高随后有所下降;产氢特性试验中,底物浓度在15~25 g/L范围内形成MEC阳极膜都具有产氢能力,但随浓度升高,氢气产率下降;循环伏安法测试阳极膜电化学活性得出产电效果与循环伏安图中氧化峰值电流呈正相关;对比膜生物量测定,产电和产氢效果最好的15 g/L实验组阳极膜微生物含量达4.04×10~6/mL,并且阳极膜磷含量与循环伏安氧化峰值电流正相关性。综上,底物浓度在15~20 g/L范围内有利于快速高效形成具有产氢能力的MEC阳极膜,为MEC阳极膜培养提供参考。 展开更多

关键词 底物浓度 MEC阳极膜 电活性微生物 产氢

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微生物种间直接电子传递方式耦合产甲烷研究进展 被引量：6

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作者 蒋海明 王路路 李侠 《高校化学工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第6期1303-1313,共11页

厌氧产甲烷体系中细菌与产甲烷菌之间的电子传递,一直以来被认为是通过种间H2/甲酸转移来实现。然而,近年来研究发现某些电活性微生物与产甲烷菌之间存在可替代种间H2/甲酸转移以实现电子传递的种间直接电子传递(direct interspecies el... 厌氧产甲烷体系中细菌与产甲烷菌之间的电子传递,一直以来被认为是通过种间H2/甲酸转移来实现。然而,近年来研究发现某些电活性微生物与产甲烷菌之间存在可替代种间H2/甲酸转移以实现电子传递的种间直接电子传递(direct interspecies electron transfer,DIET)。通过DIET方式,产甲烷菌可从与其共生的微生物中直接获得的电子还原CO2产甲烷,该方式极大地提高产甲烷的效率和产甲烷的量。但是,目前对DIET方式耦合产甲烷还缺乏深入研究。文章对DIET方式耦合还原CO2产甲烷的研究现状进行了概述,重点分析了DIET方式耦合还原CO2产甲烷研究存在的问题,并讨论了其今后研究方向,以为DIET方式耦合还原CO2产甲烷研究提供参考。 展开更多

关键词 甲烷 电活性微生物 产甲烷菌 种间直接电子传递 共培养

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基于三维生物膜电极的难生化有机化工废水处理研究进展

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作者 王宝山 陈晓杰 +1 位作者 赵培宇 张许 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期3359-3373,共15页

近年来,难降解有机化工污染物在自然水体中被广泛检出,对水生态环境和人体健康构成了严重威胁。生物膜电极技术因具备环境友好、去除效率高、适用范围广等优点,在难降解污染物处理领域应用前景日渐广阔。对此,介绍了三维生物膜电极(3D-B... 近年来,难降解有机化工污染物在自然水体中被广泛检出,对水生态环境和人体健康构成了严重威胁。生物膜电极技术因具备环境友好、去除效率高、适用范围广等优点,在难降解污染物处理领域应用前景日渐广阔。对此,介绍了三维生物膜电极(3D-BERs)反应器构建方法,阐述了三维生物膜电极对有机污染物的降解机理,分析了电化学催化氧化与电活性微生物(EAMs)的协同降解作用,从电子迁移强化角度解析了污染物强化降解机制,并概述了3D-BERs的构建方法与运行参数对反应器效率的影响。本文系统综述了3D-BERs在难生化有机化工废水处理领域中的应用与优势,提出了三维生物膜电极技术的发展前景和今后研究工作的重点方向,为难生化有机化工废水的高效处理提供新思路与技术选择。 展开更多

关键词 三维生物膜电极 电活性微生物 难生化有机化工废水 电化学

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合成生物学方法改造电活性生物膜研究进展 被引量：1

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作者 徐静 由紫暄 +4 位作者 张君奇 陈正 吴德光 李锋 宋浩 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第9期3950-3962,共13页

电活性生物膜是由电能细胞分泌的胞外多糖、蛋白、胞外DNA(extracellular DNA,eDNA)、菌毛等成分聚集,与细胞本身相互交联形成的导电多聚体。以多菌群落形态展现,在微生物燃料电池、微生物电合成、高值化学品生产、重金属污染处理、医... 电活性生物膜是由电能细胞分泌的胞外多糖、蛋白、胞外DNA(extracellular DNA,eDNA)、菌毛等成分聚集,与细胞本身相互交联形成的导电多聚体。以多菌群落形态展现,在微生物燃料电池、微生物电合成、高值化学品生产、重金属污染处理、医疗等领域中具有至关重要的作用,是微生物电催化系统研究的核心之一。但自然状态下的电活性生物膜因厚度、结构稳定性、生物量等因素的限制,严重制约了电子传递效率。综述了近五年利用合成生物学改造电活性生物膜的研究进展,系统探讨了工程生物膜的构建、结构成分、导电性能以及应用,为将来进一步实现高效电催化奠定基础。 展开更多

关键词 电活性微生物 生物膜 合成生物学 生物催化 胞外电子传递 微生物电催化

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电解电压对乙酸单池电解协助发酵产氢的影响 被引量：1

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作者 李建昌 孙可伟 +3 位作者 杨斌 王文根 尹芳 张无敌 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第6期797-801,共5页

采用单池电解协助发酵产氢装置,以厌氧活性污泥为接种物,以产酸发酵末端产物乙酸为底物,在35℃下,研究电解电压对乙酸的微生物电化学辅助产氢的影响。结果表明:电解电压是电解协助发酵制氢的主要控制参数,当电解电压约为250mV时,电解电... 采用单池电解协助发酵产氢装置,以厌氧活性污泥为接种物,以产酸发酵末端产物乙酸为底物,在35℃下,研究电解电压对乙酸的微生物电化学辅助产氢的影响。结果表明:电解电压是电解协助发酵制氢的主要控制参数,当电解电压约为250mV时,电解电流开始出现,随后有气体产生,当电解电压从0.8V升至1.0V时,氢气含量从15%升至30%,因此乙酸单池电解协助产氢的适宜电压为0.8～1.0V;在恒定电解电压1.0V下,由于有甲烷的形成,乙酸的氢转化率仅为0.039mol H2/mol乙酸。 展开更多

关键词 电解协助 挥发性有机酸 电活性微生物 发酵产氢

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接种量对MEC阳极生物膜氢气产率的影响

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作者 刘洪周 杨思霞 +2 位作者 刘海波 王楠 李建昌 《现代化工》 CAS CSCD 北大核心 2022年第6期135-139,共5页

以葡萄糖为底物,采用单池MEC反应器探究不同接种量下MEC阳极生物膜的氢气产率与阳极表面电活性微生物之间的关系。结果表明,无电解电压的对照组并未有阳极生物膜形成,对照组、20%、30%和40%接种量下产生的最大电流分别为0、7.5、13.6、0... 以葡萄糖为底物,采用单池MEC反应器探究不同接种量下MEC阳极生物膜的氢气产率与阳极表面电活性微生物之间的关系。结果表明,无电解电压的对照组并未有阳极生物膜形成,对照组、20%、30%和40%接种量下产生的最大电流分别为0、7.5、13.6、0.7 mA,氢气产率分别为0.1、0.87、1.52、1.28 mol H_(2)/mol-G,其中,30%接种量下的阳极膜表现出较好的氢气产率和微生物多样性。16S rRNA测序结果表明,各实验组阳极生物膜中占主导的产电菌均以Clostridium和Geobacter为主,30%接种量条件下阳极膜微生物种类、优势菌丰度及生物量都最丰富,其中电活性微生物丰度为64.9%,且相对丰度不受接种量的影响。 展开更多

关键词 接种量 微生物电解池 阳极生物膜 产氢 电活性微生物

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封面图片说明

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作者 朱菁菁 任晓雅 汤琳 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第2期185-185,共1页

封面图片来自本期论文“典型土壤改良剂对污染物生物可利用性的影响”,是描述3种不同土壤改良对土壤有机污染物生物可利用性影响过程的示意图.生物炭和堆肥添加剂对有机污染物生物可利用性影响是多面的.生物炭对有机污染物吸附抑制微生... 封面图片来自本期论文“典型土壤改良剂对污染物生物可利用性的影响”,是描述3种不同土壤改良对土壤有机污染物生物可利用性影响过程的示意图.生物炭和堆肥添加剂对有机污染物生物可利用性影响是多面的.生物炭对有机污染物吸附抑制微生物对其降解,但生物炭添加可提高土壤微生物活性,可能促进有机污染物生物降解.此外,生物炭电子介导能力可促进电子从电活性微生物转移到有机污染物,加快污染物降解. 展开更多

关键词 生物可利用性 有机污染物 土壤改良剂 电活性微生物 污染物降解 土壤微生物活性 封面图片 生物降解

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