温度驱动下深海微生物燃料电池中生物膜形成与电化学性能的优化机制

为解决深海微生物燃料电池（MFCs）在极端环境下性能受限的问题，研究人员以中国南海深海沉积物为接种源，探究了温度（4?°C、25?°C、37?°C）对生物膜形成及电化学性能的影响。研究发现37?°C（I35）条件下电流密度（172.49?mA/m2）和功率密度（20.09?mW/m2）显著提升，揭示了高温促进电活性革兰氏阴性菌富集及电子传递效率的机制，为高盐环境MFCs的优化提供了理论依据。

　　

在能源危机与环境污染的双重压力下，微生物燃料电池（Microbial Fuel Cells, MFCs）因其能将有机物直接转化为电能而备受关注。然而，极端环境（如深海高盐、低温）下的MFCs性能往往不尽如人意，核心问题在于电活性微生物的适应性与生物膜（biofilm）的电子传递效率。深海沉积物中蕴藏着丰富的微生物资源，但其在MFCs中的应用潜力尚未充分挖掘。为此，台湾科学技术委员会资助的研究团队以中国南海402米深的沉积物为接种源，开展了一项温度梯度实验，相关成果发表在《Bioelectrochemistry》上。

研究采用三组H型双室MFCs（250?mL），分别设定为4?°C（F35）、25?°C（R35）和37?°C（I35），通过电化学阻抗谱（EIS）、线性扫描伏安法（LSV）及微生物培养技术（如CFU计数、革兰氏染色）系统评估了温度对生物膜形成和电化学性能的影响。

温度驱动电化学性能的差异
I35组表现出最优性能，电流密度（172.49?mA/m²）和功率密度（20.09?mW/m²）较F35提升129%和350%，且电荷转移阻力（Rct）最低（876.9?Ω）。相反，F35因电活性菌群匮乏和生物膜导电性差，输出微弱。

微生物群落响应机制
高温（I35）促进革兰氏阴性菌（如Geoalkalibacter spp.）的富集（CFU达7.67×10⁷?CFU/mL），其胞外聚合物（EPS）增强了生物膜稳定性。微生物多样性分析表明，温度升高不仅加速代谢，还优化了电子传递链的组成。

结论与意义
该研究首次揭示了深海微生物在MFCs中的温度适应性规律，证实37?°C是平衡微生物活性与电子传递效率的最优条件。成果为极端环境MFCs的菌群调控提供了理论支撑，推动其在深海探测、高盐废水处理等领域的应用。未来需进一步解析特定电活性菌的功能基因，以指导合成生物膜的定向构建。