厭氧產(chǎn)甲烷體系中細(xì)菌與產(chǎn)甲烷菌之間的電子傳遞,一直以來被認(rèn)為是通過種間H2/甲酸轉(zhuǎn)移來實(shí)現(xiàn)。然而,近年來研究發(fā)現(xiàn)某些電活性微生物與產(chǎn)甲烷菌之間存在可替代種間H2/甲酸轉(zhuǎn)移以實(shí)現(xiàn)電子傳遞的種間直接電子傳遞（direct interspecies electron transfer,DIET）。通過DIET方式,產(chǎn)甲烷菌可從與其共生的微生物中直接獲得的電子還原CO2產(chǎn)甲烷,該方式極大地提高產(chǎn)甲烷的效率和產(chǎn)甲烷的量。但是,目前對DIET方式耦合產(chǎn)甲烷還缺乏深入研究。文章對DIET方式耦合還原CO₂產(chǎn)甲烷的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了概述,重點(diǎn)分析了DIET方式耦合還原CO₂產(chǎn)甲烷研究存在的問題,并討論了其今后研究方向,以為DIET方式耦合還原CO₂產(chǎn)甲烷研究提供參考。 

【文章來源】：高�；瘜W(xué)工程學(xué)報(bào). 2019,33(06)北大核心EICSCD

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【部分圖文】：

可能的微生物間直接電子傳遞模型[15]Propionate(B)directelectrontransferbetweenothermicroorganismsandmethanogens–●–cytochromec–▲–cytochromec—

1306高�；瘜W(xué)工程學(xué)報(bào)2019年12月CH4+2H2O2Ethanol2AcetateGeobacterMethanosarcina8H++CO2(semi)conductivematerial(A)geobacterandMethanosarcinaAceticacidBiocarbonateMethaneMagnetiteElectronconduitPropionicacid(B)propionate-oxidizingacetogensandMethanosaeta[4]圖2半導(dǎo)體及導(dǎo)體材料介導(dǎo)的微生物間直接電子傳遞Fig.2Directinterspecieselectrontransfermediatedby(semi)conductivematerials此外，在厭氧消化系統(tǒng)中添加導(dǎo)電材料會影響系統(tǒng)的菌群組成。SHRESTHA等[40]研究了厭氧消化反應(yīng)器中微生物菌群與顆粒炭導(dǎo)電性的相關(guān)性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)反應(yīng)器中Geobacterspp的豐度與顆粒炭導(dǎo)電性具有中度相關(guān)性。YANG等[28]在厭氧污泥消化過程中加入顆粒活性炭，結(jié)果發(fā)現(xiàn)顆�；钚蕴康募尤朊黠@有利于H2利用產(chǎn)甲烷菌、Geobacterspp及其他能種間直接電子傳遞產(chǎn)甲烷菌的富集。在厭氧消化體系中，導(dǎo)電材料的加入主要富集到Geobacterspp、Syntrophomonasspp、Methanosaetaspp、Methanosarcinaspp、及Methanospirillumspp等特殊的菌群[22]。導(dǎo)電材料除了通過其導(dǎo)電性可以強(qiáng)化DIET、促進(jìn)甲烷生成及影響系統(tǒng)的菌群組成外，還可以提高產(chǎn)甲烷系統(tǒng)對不利環(huán)境的抵抗能力。在傳統(tǒng)的厭氧消化產(chǎn)甲烷系統(tǒng)中，高有機(jī)負(fù)荷極易造成酸化和較高的氫氣分壓，而較高的氫氣分壓又不利于丙酸及丁酸等中間產(chǎn)物進(jìn)一步降解為產(chǎn)甲烷菌能利用的乙酸和氫氣，從而導(dǎo)致丙酸及丁酸等中間產(chǎn)物的積累，丙酸的積累又會抑制產(chǎn)甲烷菌的活性及有機(jī)物的進(jìn)一步降解。因此，在在傳統(tǒng)的厭氧消化產(chǎn)甲烷系統(tǒng)中，厭氧消化產(chǎn)甲

H及CoB-SH。與此同時(shí)，對何種產(chǎn)甲烷菌能通過DIET方式接受胞外電子及產(chǎn)甲烷菌接受胞外電子機(jī)制的異同都缺乏了解。因此，今后微生物間DIET方式耦合產(chǎn)甲烷研究應(yīng)主要集中在以下5個(gè)方面：(1)DIET方式耦合產(chǎn)甲烷co-culture中電子供體微生物及電子受體微生物的篩癬富集及鑒定；(2)電子供體微生物胞外電子傳遞的機(jī)制；(3)電活性產(chǎn)甲烷菌接受胞外電子的機(jī)制；(4)產(chǎn)甲烷菌直接利用胞外電子生成CO2還原為甲烷時(shí)所需的Fdred、F420H2、CoM-SH及CoB-SH的機(jī)制；圖4G.metallireducens與M.harundinacea6Ac耦合代謝乙醇產(chǎn)甲烷模型[5]Fig.4AproposedmodelofG.metallireducensandM.harundinacea6Acco-culturingforconvertingethanoltomethane[5](1)ethanoldehydrogenase;(2)NADHdehydrogenasecomplex;(3)thestructuralproteinsforconductivepilinusedduringDIET;(4)aldehyde-ferredoxinoxidoreductase;(5)Na+/solutesymporter;(6)acetyl-CoAsynthetase;(7)COdehydrogenase/acetyl-CoAsynthase;(8)tetrahydromethanopterin(H4MPT)-S-methyltransferase;(9)methyl-CoMreductase;(10)CoM-S-S-CoBheterodisulfidereductase;(10)formylmethanofurandehydrogenase;(11)formylmethanofuran-H4MPTformyltransferase;(12)methenyl-H4MPTcyclohydrolase;(13)F420-dependentmethylene-H4MPTdehydrogenase;and(14),(15)F420-dependentmethyleneH4MPTreductase;Fdred:reducedferredoxin;Fdox:oxidizedferredoxin;CoM-SH:coenzymeM;CoB-SH:coenzymeB;CoM-S-S-CoB:heterodisulfideofCoM-SHandCoB-SH;F420:oxidizedcoenzymeF420;F420H2

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]產(chǎn)甲烷分離物中Clostridium spp.與Methanosarcina barkeri潛在的種間直接電子傳遞[J]. 李瑩,鄭世玲,張洪霞,王炳臣,王歐美,劉芳華.  微生物學(xué)通報(bào). 2017(03)



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