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为探究单室微生物电解池（MECs）工作与对电极微生物群落，研究人员构建不同电位的 MECs。结果发现工作电极分别有特定微生物生长，对电极微生物丰富但多样性低。该研究有助于理解 MECs 性能，为相关技术优化提供依据。
在当今追求绿色可持续发展的时代，能源与环境问题愈发受到关注。微生物电解池（MEC）作为一种新兴技术，犹如一把 “绿色钥匙”，有望打开同时解决能源生产与废水处理难题的大门。MEC 能在厌氧条件下，借助外部电压促使阴极产生绿色能源产品，如氢气和甲烷，还能高效处理各类废水。然而，这把 “钥匙” 内部的 “精密构造” 却尚未完全明晰。
目前，对于 MEC 电极上微生物群落的研究，多聚焦于工作电极，而对电极在整个系统中的作用常被忽视。对电极电位会随工作电极变化，其表面富集的生物膜对工作电极乃至整个 MEC 性能影响重大，但相关研究寥寥无几。为了填补这一知识空白，深入了解 MEC 系统的运行机制，研究人员开展了此项研究。
研究人员构建了两个独立的单室三电极 MECs，一个在阳极工作电极电位下运行（BES - A），另一个在阴极工作电极电位下运行（BES - C） 。研究过程中用到的主要关键技术方法有：通过循环伏安法监测 MEC 系统性能，测定电流密度和化学需氧量（COD）去除率评估系统效能；运用扫描电子显微镜（SEM）观察微生物群落形态；采用 16S rRNA 基因测序分析微生物群落组成 。
微生物多样性
研究人员对生物量样本进行了 alpha 多样性测量。Good’s 覆盖度达到 98 - 99%，这表明稀疏化测序深度能够代表每个样本中大部分 16S rRNA 基因序列。结果显示，工作阳极（AWE）和工作阴极（CWE）的 Shannon 和 InvSimpson 指数均高于相应的对电极，这意味着工作电极上的微生物群落具有更高的多样性。进一步比较两个工作电极，发现阴极群落的微生物多样性更为丰富。这一结果表明，不同电极电位对微生物群落多样性有着显著影响。
结论
该研究成功解析了阴极和阳极 BES 系统中工作电极与对电极生物膜微生物群落的组成及电活性。在 BES - A 中，工作电极的阳极电流证实了阳极呼吸产电菌（如Clostridium sensu stricto ）的生长；循环伏安法的电化学分析则确认了 BES - A 工作电极和对电极上均形成了电活性生物膜，且存在多种还原途径。在 BES - C 中，阴极工作电极的法拉第电流数据表明，以产乙酸和氢营养型产甲烷菌（Methanothrix和Methanobacterium ）为主导的电活性生物膜得以形成。此外，研究还发现对电极上的微生物群落虽然丰富度较高，但多样性低于工作电极，且可能受到对电极波动电位的影响。
这项研究意义重大，它首次系统地对比分析了单室 MEC 中工作电极与对电极的微生物群落，为深入理解 MEC 系统的运行机制提供了关键信息。这些发现有助于优化 MEC 系统设计，提高其能源生产效率和废水处理能力，推动微生物电解池技术从实验室走向实际应用，在能源与环境领域发挥更大的作用。
