張霞 肖瑩 周巧紅 吳振斌

（1. 武漢理工大學資源與環(huán)境工程學院，武漢 430070；2. 中國科學院水生生物研究所 淡水生態(tài)和生物技術國家重點實驗室，武漢 430072；3. 中國地質大學環(huán)境學院，武漢 430074）

微生物燃料電池中產(chǎn)電微生物的研究進展

張霞1，2肖瑩2，3周巧紅2吳振斌2

（1. 武漢理工大學資源與環(huán)境工程學院，武漢 430070；2. 中國科學院水生生物研究所 淡水生態(tài)和生物技術國家重點實驗室，武漢 430072；3. 中國地質大學環(huán)境學院，武漢 430074）

微生物燃料電池（Microbial fuel cell，MFC）作為一種新型的環(huán)境治理和能源技術，目前已得到研究者們的廣泛關注。微生物燃料電池是一種利用微生物將有機物中的化學能轉化成電能的裝置，產(chǎn)電微生物作為生物催化劑，對微生物燃料電池的發(fā)展至關重要。不同種類的產(chǎn)電微生物，其電子轉移機制與能力有所差異，直接影響MFC的產(chǎn)電性能，從而決定MFC在工程實踐中的性能與應用。任何含有大量微生物的廢水、污泥、沉積物都可以作為產(chǎn)電微生物的篩選來源，嘗試從不同環(huán)境條件下分離篩選高效產(chǎn)電微生物有望促進MFC的進一步完善，從而加速其在環(huán)境中的應用。通過對微生物燃料電池的發(fā)展、產(chǎn)電微生物種類及其電子傳遞機制等進行總結分析，綜述了MFC中產(chǎn)電微生物的最新研究進展，包括產(chǎn)電微生物的篩選方法、種類以及技術研究等，最后展望了今后在產(chǎn)電微生物方面的主要研究方向及MFC的發(fā)展前景，以期為產(chǎn)電微生物的的篩選和應用奠定相應的理論基礎及提供思路。

微生物燃料電池（MFC）；產(chǎn)電微生物；電子傳遞機制

在MFC這個系統(tǒng)中，產(chǎn)電微生物（Electricigens）［2］直接或間接的通過介質將氧化有機物獲得的電子傳遞到陽極上產(chǎn)生電流，在微生物燃料電池的運行過程中起到生物催化劑的作用，是燃料電池成功啟動必不可少的一部分。不同種類的產(chǎn)電微生物，其電子轉移機制與能力有所差異，直接影響著MFC的產(chǎn)電性能，從而決定著MFC在工程實踐中的性能與應用。因此對當前已獲得的不同種類的產(chǎn)電微生物進行歸納總結，并探討可能存在的各種電子傳遞機制，對于加速MFC的進一步發(fā)展與應用具有十分重要的實踐意義。本文主要從生物學的角度對產(chǎn)電微生物及MFC的最新進展進行總結和分析，通過歸納總結目前已篩選的產(chǎn)電微生物種類、相關的研究方法以及目前研究較多的幾種電子傳遞機制，期望為產(chǎn)電微生物的篩選與應用工作奠定一定的理論基礎，并提供思路。

1 微生物燃料電池的發(fā)展

最早開展微生物產(chǎn)電研究是英國的植物學家Potter，其在對大腸桿菌進行厭氧培養(yǎng)時意外發(fā)現(xiàn)菌液能產(chǎn)生一定量的電流，由此對微生物的利用翻開了新的篇章［3］。鑒于微生物利用的各種優(yōu)勢，越來越多的科學家們對其開展相關研究，隨著研究的深入，微生物燃料電池發(fā)生了一次次質的飛躍。

在20世紀80年代后期，研究發(fā)現(xiàn)外加氧化還原電子介體后會加快電子的轉移的速率［4］。但是電子中介體也存在著不容忽視的缺點，由于制備工藝較為復雜，其價格十分昂貴，目前已知的大多數(shù)中間介體是有機有毒類物質，可能導致微生物發(fā)生中毒等現(xiàn)象，從而降低其生物催化活性，因此微生物燃料電池取得進一步發(fā)展首當其沖的是決定中間介體在應用中可能存在的一些風險。為此，MFC的發(fā)展一直未取得較大的進展，直到1987年，Lovley等［5］從河底的沉積物中分離純化出無需電子中介也能產(chǎn)生較高電能的產(chǎn)電微生物 Geobacter metallireducens，該菌株的發(fā)現(xiàn)使得MFC的發(fā)展有了更大的提升空間。自此，科學家們對于MFC的研究翻開了新的篇章，使微生物燃料電池的應用價值更為凸顯。可見，在MFC的發(fā)展歷程中，產(chǎn)電微生物的不斷發(fā)現(xiàn)推動著微生物燃料電池的蓬勃發(fā)展，通過相應途徑篩選出更加有效的產(chǎn)電微生物是微生物燃料電池發(fā)生質的飛躍的前提條件之一。

微生物燃料電池已初步成型，在此基礎上研究者還開發(fā)出一系列更具針對性的裝置，如微生物電解電池（Microbial electrolysis cells，MECs）［6］、微生物脫鹽電池（Microbial desalination cells，MDCs）［7］和微生物燃料電池生物傳感器（MFC Biosensor）［8］等。此外，將微生物燃料電池與其他工藝耦合也是使之發(fā)揮更大效益的方法之一，為提高廢水的處理效率及能源回收的效果，目前常見的耦合方式有MFC耦合厭氧流化床（AFB-MFC）［9］、MFC耦合膜生物反應器（MBR-MFC）［10］、MFC耦合序批式反應器（MFC-SBR）［11］及與人工濕地系統(tǒng)耦合（CWMFC）［12］等。本課題組為使人工濕地發(fā)揮更大作用，將擁有巨大潛力的微生物燃料電池與之耦合來強化脫氮效率［13］，并公開了一種以鋼渣為陽極的同步產(chǎn)電和污水凈化裝置，通過以鋼渣作為電池陽極填料，同時作為填料嵌入復合垂直流人工濕地系統(tǒng)中，形成了微生物燃料電池和人工濕地相耦合的新型結構方法［14］。

目前，絕大部分的產(chǎn)電微生物都是通過厭氧分離技術獲得［15］。但有研究采用傳統(tǒng)的好氧分離技術從微氧富集過的陽極生物膜中分離獲得3株具有相似的電子轉移機制的產(chǎn)電微生物［16］，且研究發(fā)現(xiàn)有氧與厭氧環(huán)境下的陽極其微生物群落結構也存在較大的差異［17］。由此可見，微氧環(huán)境下的微生物燃料電池可能定向富集到具有相似功能的高效微生物，嘗試在微氧的環(huán)境中篩選產(chǎn)電微生物，并對比研究不同條件下篩選獲得的產(chǎn)電微生物的性能差異，有望促進MFC的進一步完善，從而加速其在環(huán)境中的應用。

2 產(chǎn)電微生物的種類

產(chǎn)電微生物作為MFC的生物催化劑，在燃料電池中的作用無可取代。目前，已分離獲得的產(chǎn)電微生物主要集中在變形菌門（Proteobacteria）及厚壁菌門（Firmieutes）［18］。越來越多的研究表明，MFC中產(chǎn)電微生物的菌屬已呈現(xiàn)出多元化的趨勢，環(huán)境中存在的產(chǎn)電微生物可能遠遠不止上百種，仍有許多具有產(chǎn)電特性的微生物等待被發(fā)掘［19］。為了更深入了解各類產(chǎn)電微生物的種類差異及相似性，對現(xiàn)有的主要產(chǎn)電微生物進行系統(tǒng)性的歸納總結顯得十分必要。

2.1 細菌類的產(chǎn)電微生物

2.1.1 希瓦氏菌（Shewanella） 希瓦氏菌屬是研究較多的一類產(chǎn)電微生物，它們都屬于變形菌門，革蘭氏陰性菌，具有鐵還原性，在有氧條件下，可以進行呼吸代謝產(chǎn)生CO2，在厭氧條件下，進行發(fā)酵作用獲得自身生存所需能力（表1）。

表1 希瓦氏菌屬產(chǎn)電微生物

2.2.2 地桿菌（Geobacter） Geobacter菌屬的微生物均為嚴格厭氧菌，僅能在厭氧條件下生存，該類細菌在MFC的陽極上可以高度富集，所以在無外加電子受體的條件下也可以以電極為受體而氧化還原體系中的電子供體（表2）。目前，已獲得菌株Geobacter sulfurreducens的全基因組［26］，隨后有研究者對Geobacter metallireducens進行了基因組測序［27］，有助于今后通過分子手段研究獲得具有較高產(chǎn)電特性的微生物。

表2 地桿菌屬產(chǎn)電微生物

2.2.3 其他菌屬產(chǎn)電微生物 除Shewanella和Geobacter兩大菌屬外，研究發(fā)現(xiàn)假單胞菌屬、蒼白桿菌屬、紅育菌屬、紅假單胞菌屬、梭菌屬、腸桿菌屬、考克氏菌屬屬、克雷伯氏菌屬、檸檬酸細菌屬及甲苯單胞菌屬等也有產(chǎn)電微生物的存在（表3）。

2.2 真菌類的產(chǎn)電微生物

21世紀，有學者開始研究MFC系統(tǒng)中具有產(chǎn)電特性的真核生物，如酵母真菌［46］等。因為真核細胞結構更加復雜，所以目前從MFC中分離發(fā)現(xiàn)的真菌類產(chǎn)電微生物遠沒有原核生物多［47］。但是酵母菌對于 MFC 的發(fā)展有以下幾個優(yōu)勢［46，48］：（1）酵母細胞容易控制，而且能分解較復雜的有機物，如淀粉、纖維素等；（2）MFC陽極室多為厭氧或兼性厭氧環(huán)境，酵母菌能在厭氧條件下存活，所以分離純化獲得具有電化學活性的酵母真菌對于MFC的發(fā)展具有深遠意義。表4匯總了相關真菌類產(chǎn)電微生物的研究報道。

表3 其他菌屬產(chǎn)電微生物

表4 真菌類產(chǎn)電微生物

產(chǎn)電微生物是MFC系統(tǒng)的生物催化劑，在MFC運行中起著至關重要的作用。任何含有大量微生物的廢水、污泥、沉積物都可以作為產(chǎn)電微生物的篩選來源，隨著相關學者們的的不斷研究，越來越多具有產(chǎn)電特性的菌種已被發(fā)現(xiàn)，但是相對具有龐大家族的整個微生物體系而言，還有許多產(chǎn)電微生物等待發(fā)掘。

目前，獲得產(chǎn)電微生物的途徑主要有兩種。一種是直接驗證法，即將獲得的純菌接種至相應的電化學系統(tǒng)中監(jiān)測其是否能產(chǎn)生電流，該法直接果斷，能明確表征接種的菌株是否具有產(chǎn)電特性，但是微生物的種群是十分龐大的，不可能一一鑒定所有菌種，所以該法具有一定的盲目性；另一種途徑是對混合菌體系進行電化學富集后，MFC陽極生物膜中產(chǎn)電微生物比例增大，再利用特定培養(yǎng)基對陽極生物膜或陽極液進行分離純化，從而可以更高效的篩選產(chǎn)電微生物。近幾年，為提高產(chǎn)電微生物篩選的有效性，研究發(fā)現(xiàn)，對MFC的陽極進行修飾改變其理化特性可以促進陽極生物膜的形成及電子轉移速率，從而可以更有針對性地獲得具有優(yōu)良特性的產(chǎn)電微生物。Liu等［54］首次用甲酸修飾AC-MFC陽極，不僅最高功率密度提高了38.1%，而且由于陽極表面更清潔，陽極表面氧氣和氮氣量下降，促進了陽極表面細菌的生長，獲得最優(yōu)微生物群落。對菌源進行預處理也可以更有效的獲得產(chǎn)電微生物，Vamshi等［55］通過碘丙烷和加熱預處理生物催化劑來抑制非產(chǎn)電微生物的生長從而選擇富集產(chǎn)電微生物，篩選出了少數(shù)屬于Xanthomonas、Pseudomonas、Prevotella屬的胞外產(chǎn)電微生物，MFC的功率輸出也得到提高。此外，產(chǎn)電微生物的分離培養(yǎng)條件對其篩選結果也有很大影響。自然環(huán)境中微生物的數(shù)量高達106之多，但是人類依靠傳統(tǒng)的純培養(yǎng)方法僅能分離出環(huán)境中不足1.0%的微生物［56］，還有許多未培養(yǎng)微生物［57］等待被發(fā)現(xiàn)。對于微生物燃料電池中的產(chǎn)電微生物而言，亦是如此，有必要結合分子生物學技術發(fā)展更高效的微生物培養(yǎng)技術，篩選出優(yōu)良的產(chǎn)電微生物。通過對不同運行狀態(tài)下MFC系統(tǒng)進行產(chǎn)電微生物的篩選工作，有助于對比不同條件下最優(yōu)產(chǎn)電微生物的種類差異，從而更有針對性開展相應產(chǎn)電微生物的應用，使發(fā)展中的微生物燃料電池技術更有效的應用到實際產(chǎn)能和污染物治理。

MFC作為一種復合體系，其兼具厭氧處理和好氧處理的特點，在MFC的整個運行過程中，因為有電子的產(chǎn)生與傳輸，微生物燃料電池才得以產(chǎn)生電能。產(chǎn)電微生物作為微生物反應體系的生物催化劑，對該過程起著決定性的影響，所以研究產(chǎn)電微生物在MFC中的作用對于深入開展相關應用研究十分必要。李晶等［58］研究微生物發(fā)酵與產(chǎn)電之間的關系發(fā)現(xiàn)，MFC的產(chǎn)電過程可能是由發(fā)酵菌與產(chǎn)電菌共同作用的結果，不同種類的微生物依次降解基質，分步利用自身生長所需有機物，協(xié)同代謝作用將有機物的化學能轉變?yōu)殡娔?。研究在MFC中純菌株與混菌株的產(chǎn)電性能差異發(fā)現(xiàn)，不同菌種的組合對MFC污水治理能力及產(chǎn)電情況均有影響［59-60］?？梢?，對產(chǎn)電微生物及產(chǎn)電微生物與非產(chǎn)電微生物之間進行合理組合有望提高MFC的產(chǎn)電性能。

3 產(chǎn)電微生物的電子產(chǎn)生與傳遞機制

MFC的產(chǎn)能離不開微生物的催化氧化過程。產(chǎn)電微生物氧化分解陽極室內(nèi)的有機物產(chǎn)生電子和質子，其中電子由微生物細胞轉移至陽極表面的速率與MFC的產(chǎn)電能力息息相關，從理論水平開展產(chǎn)電微生物產(chǎn)生電子與電子轉移機制的研究對于在實踐水平提高 MFC 的電能輸出能力具有十分重要的意義，下文對當前MFC中主要研究的幾種機制進行歸納總結，有助于理解MFC的運行原理，為開展相關研究奠定一定的理論基礎。

3.1 電子產(chǎn)生機制

在微生物燃料電池中，產(chǎn)電微生物的代謝活動與電子的產(chǎn)生與轉移密切相關。在MFC體系中，產(chǎn)電微生物在陽極氧化分解有機物會產(chǎn)生電子，該生物氧化過程主要包括NADH 和FADH 兩種氧化途徑。產(chǎn)電微生物的生物氧化過程主要3個階段組成，首先有機底物在微生物脫氫酶的作用下分解產(chǎn)生電子，電子借助多個電子載體的作用通過電子傳遞鏈傳遞至陰極，與最終電子受體作用，形成一個完整的路線產(chǎn)生電能，同時產(chǎn)電微生物獲得相應能量來維持自身生長［18］。

3.2 電子傳遞機制

對于產(chǎn)電微生物電子傳遞機制的研究主要借助電化學的技術與手段，如循環(huán)伏安曲線法、計時電流法等。此外，為更深入的研究電子傳遞機制，還要借助分子學的方法。鑒于Shewanella和Geobacter菌屬的產(chǎn)電微生物已獲得全基因組，主要對該菌屬的產(chǎn)電微生物進行電子傳遞機制的研究［61］。生物膜機制和電子穿梭機制是目前研究較多的電子傳遞機制，隨著各類細菌全基因組的獲得，人們對微生物電子傳遞機制將會有更多的發(fā)現(xiàn)與更深入的探索。

3.2.1 生物膜機制 生物膜機制，主要是指微生物能夠集中在微生物燃料電池的陽極表面，形成一層薄薄的生物膜，在無電子中間介體的條件下通過納米導線或細胞表面直接接觸電極進行電子傳遞的方式。傳遞方式主要有兩種：（1）直接接觸傳遞，是指微生物是直接與陽極表面進行接觸。菌株S. putrefactions IR-1是首次報道的能夠直接進行電子轉移的產(chǎn)電微生物，通過在陽極表面形成電化學活性生物膜來促進直接電子轉移［20］，有研究發(fā)現(xiàn)電活性生物膜在不同的生長階段其內(nèi)阻也存在較大的差異，可以考慮在生物膜的不同階段采取合適的手段降低其內(nèi)阻從而提高MFC的產(chǎn)電性能［62-63］；（2）“納米導線”傳遞，是指代微生物可以自身合成具有一定導電性能的菌毛或鞭毛，能通過該種“納米導線”間接的與陽極接觸，從而實現(xiàn)較遠距離的電子傳遞，但是該方式也存在一定的缺陷，微生物合成“納米導線”需要較多的能量，因此投加過多的底物可能影響MFC的性能。Reguera等［64］首次發(fā)現(xiàn)了菌株G. Sulfurreducens在還原3價鐵的過程中生成了類似于菌毛的納米導線，測定其電導率發(fā)現(xiàn)具有很好的導電性能。繼G. sulfurreducens 之后研究最多的產(chǎn)電菌是S. oneidensis，該菌在缺氧條件下能分泌大量的有機和無機化合物，最初認為該菌的“納米導線”是基于菌毛的結構，但是進一步的研究證明S.oneidensis 并不產(chǎn)生菌毛結構，其“納米導線”是該菌的細胞外膜和周質的擴展部分［65-66］。

3.2.2 電子穿梭機制 電子穿梭機制指微生物能夠利用一些具有催化作用的電子中介體，可能是外源中介體，也可能是一些小分子類似的物質或者成其他形式的物質進行電子轉移。與生物膜機制相比，不僅不受距離上的限制，也無需投入更多的能量來合成“納米導線”［67］。該種傳遞機制主要有3種形式：（1）外源介體的有介體電子傳遞。MFC中常用外源電子穿梭體有醌類物質和腐殖質，腐殖質是一種天然的有機混合物，廣泛分布于環(huán)境土壤中，由于其富含醌基，具有電化學活性物質，是近幾年研究的熱門，雖然相較與其他外源電子穿梭體，腐殖質具有很大的優(yōu)勢，但研究發(fā)現(xiàn)腐殖質的自身結構以及外界的環(huán)境因素均會影響其電子傳遞的能力，其工業(yè)化應用還有待進一步的研究［67-69］。此外，還有一些其他的外源介體也可促進MFC中的電子轉移，Hubenova等［70］研究發(fā)現(xiàn)在酵母細胞的懸浮液中加入合成染料DANSQI能在啟動MFC后很快提高電壓輸出，分析結果表明這與染料在陽極的電化學氧化有關，染料產(chǎn)生的陽離子自由基可以穿透酵母細胞，刺激胞內(nèi)發(fā)生一系列變化，DANSQI可能作為亞細胞電子穿梭體，增加基質的有氧氧化反應?？梢姼鶕?jù)需要選擇合適的外源介體，開展高效無毒的外源電子介體研究對于MFC的發(fā)展同樣具有重要意義；（2）微生物次級代謝物為介體的電子傳遞。一些產(chǎn)電微生物在產(chǎn)電過程中可以分泌綠膿菌素、細菌吩嗪類物質和核黃素等次級代謝產(chǎn)物，這些物質具有一定的氧化還原特性，可以促進MFC的產(chǎn)電過程［71］。研究發(fā)現(xiàn)有些微生物能分泌多種次級代謝產(chǎn)物，不同的產(chǎn)物間發(fā)揮協(xié)同作用，增強電子的傳遞效率，從而提高MFC的產(chǎn)電性能［72-73］；（3）還原態(tài)初級代謝產(chǎn)物原位氧化傳遞。有一類微生物能夠以氧化代謝過程中釋放的H2、H2S等氣體作為氧化還原介體進行電極間的電子傳遞過程［74-75］，Schr?der等［76］利用E.coli K12產(chǎn)生H2，然后將H2在涂有鉑的催化電極上重新氧化，獲得了最大150 mA的電流，初步推測H2在后續(xù)的產(chǎn)電過程中起到電子穿梭體的作用。

在實際環(huán)境條件下，由于各種有機物與微生物等存在很大的差異，因此不能直接用上述機制直接進行解釋，但該機制有助于理解電子傳遞的方式。目前MFC擴大化應用最主要的限制是其產(chǎn)生的功率密度過低，研究者們發(fā)現(xiàn)可以通過修飾電極表面使之更有助于微生物細胞的黏附并促進厚的導電生物膜的形成來解決這一障礙［70］。此外，合成生物學的出現(xiàn)也有望打破產(chǎn)電效率低下這一瓶頸，在電子傳遞機制研究中引入合成生物學技術是通過設計重構和功能強化等手段以獲得具有優(yōu)良性能的電化學活性的微生物［77-78］。該技術的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在兩個方面，一是可以通過敲除或導入特定基因等手段改造非產(chǎn)電微生物［79-80］，使其胞外電子傳遞能力增強來獲得兼具多種優(yōu)良性能的產(chǎn)電微生物；二是對現(xiàn)有產(chǎn)電微生物進行改造以提高其電子轉移能力與效率，從而大大提高產(chǎn)電微生物的性能，使其在MFC的應用上發(fā)揮更高效的作用［81-82］?？梢?，考察產(chǎn)電微生物在電極上附著及電子傳遞過程中的各種影響因素，并對其進行深入研究，不僅有助于在較深層面解析不同條件下的電子傳遞機理，同樣可以獲取新的思路。開展電極材料改性及開發(fā)新型電極材料的研究，深入合成生物學等技術在微生物中的應用研究有望解決MFC擴大化應用中存在的問題與挑戰(zhàn)，加速MFC在實際工程中的應用。

4 展望

高效產(chǎn)電微生物的不斷被發(fā)現(xiàn)，使得MFC發(fā)生一次又一次質的飛躍，由最初需要添加外源電子介體的時代逐漸邁入無介體時代，MFC的研究不斷展現(xiàn)出其作為一種新興的清潔能源技術的優(yōu)勢，將具有更加廣闊的應用前景。產(chǎn)電微生物作為其中必不可少的一個組成部分，對其作用機理的研究還將不斷完善。雖然目前MFC的制作成本較高、輸出功率水平較低，但其在處理各類難降解污染物廢水［83］，用于有毒有害物質的生物傳感器［8］等方面顯示出極大的開發(fā)應用前景。此外，將MFC與人工濕地等厭氧-好氧污水處理技術進行耦合也具有十分深遠的意義，類似于污水處理廠的工藝流程一樣，將不同的技術進行合理的組合將有助于獲得更好的處理效果，有望發(fā)揮更大的潛力［9-12，84-85］。

未來，MFC中產(chǎn)電微生物的研究將主要集中在以下幾個方面：開展MFC陽極生物膜形成機理上的研究；尋找更為快速高效的產(chǎn)電微生物馴化富集方法；結合分子生物學技術篩選兼具多種功能的優(yōu)良產(chǎn)電微生物；通過合成生物學等技術獲得高效多樣的產(chǎn)電菌株；開展不同種類菌種的混合研究；深入研究不同電子傳遞機制間的作用方式等。隨著研究的逐漸完善，微生物燃料電池將在各個領域顯示極大的優(yōu)勢，有望解決能源短缺及廢水污染等問題。

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Research Progress on Electricigens in Microbial Fuel Cell

ZHANG Xia1，2XIAO Ying2，3ZHOU Qiao-hong2WU Zhen-bin2
School of Resource & Environmental Engineering，Wuhan University of Technology，Wuhan 430070 ；2. Institute of Hydrobiology，Chinese Academy of Sciences，Wuhan 430072 ；3. School of Environment，China University of Geosciences，Wuhan 430074）

Microbial fuel cell（MFC），one of the novel environmental and energy technologies，is attracting attention of numerous researchers. MFC is a device that utilizes microorganisms to convert chemical energy from organic matter into electrical energy. As a biocatalyst，electricigens play a key role in the development of MFC. Different kinds of electrogenes have different electron transfer mechanism and ability，affect the production performance of MFC directly，then determine the MFC performance and application in engineering practice. Any waste water，sludge，and sediment containing a large amount of microorganisms，try to screening high efficient electrogenes isolated from different environment is expected to promote the further perfect of MFC，so as to accelerate its application in the environment. The latest progress of electricigens in MFCs from several aspects were summarized，including of the development of MFC’s operation，the electricigens species and their electron transfer mechanism，specifically including the screening methods of electricigens，types and the related technology research.Finally，the main research trends of electricigens and the potential application of MFC in the future are also listed，aiming at providing the corresponding theoretical basis and new ideas for the screening and application of electricigens.

microbial fuel cell；electricigens；electron transfer mechanism

10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2017-0222

全球能源供需情況、能源供應安全和能源利用產(chǎn)生的溫室效應等氣候污染現(xiàn)象日趨嚴峻，開展清潔能源的開發(fā)與利用變得更為迫切。微生物作為環(huán)境中廣泛存在的一種微小生物，其數(shù)量十分龐大。微生物在清潔能源的生產(chǎn)和利用方面有獨特的優(yōu)勢，將其用于產(chǎn)電和廢水治理已不僅僅是一個設想。微生物燃料電池（Microbial fuel cell，MFC）的出現(xiàn)將設想變?yōu)閷崿F(xiàn)，通過陽極微生物代謝的催化氧化和陰極的化學還原作用可以將該系統(tǒng)環(huán)境中的有機物進行分解氧化，將其化學能轉變?yōu)殡娔?，是一項兼具污染治理與產(chǎn)能的新興技術［1］。

2017-03-20

國家“十二五”專項（2012ZX07101007-005），湖北省技術創(chuàng)新專項（2016JSCXZX）

張霞，女，碩士研究生，研究方向：產(chǎn)電微生物篩選；E-mail：384335293@qq.com

周巧紅，女，副研究員，研究方向：環(huán)境微生物學；E-mail：qhzhou@ihb.ac.cn

（責任編輯 狄艷紅）