综述：利用协同效应：简单与复杂底物微生物燃料电池中的特定微生物群落

本综述系统探讨了混合微生物群落（MFCs）在微生物燃料电池中的应用价值，揭示了电活性微生物（EAMs）通过协同作用提升生物发电效率的机制，重点分析了接种比例优化对电压超调现象的调控作用，为可再生能源与生物修复技术的整合提供了新思路。

　　

Abstract

微生物燃料电池（MFCs）作为可再生能源领域的前沿技术，通过电活性微生物（EAMs）实现有机底物向电能的转化，同时兼具环境修复功能。最新研究表明，混合菌群的引入能显著提升系统性能，这源于不同菌种间形成的复杂互作网络与合成代谢协作。

微生物协同机制

在阳极室中，Geobacteraceae与Pseudomonadaceae的共培养展现出独特的电子传递链耦合现象。当以乙酸钠为简单底物时，两组菌的细胞色素c表达量提升3.2倍；而以生活污水为复杂底物时，其协同效应使库伦效率达到68±5%，显著高于纯培养体系。这种增效源于种间直接电子传递（DIET）与氢/甲酸介导的间接传递协同作用。

电压调控策略

混合菌群导致的电压超调现象主要发生在启动期24-48小时，这与Rhodopseudomonas palustris的生长迟滞期相关。实验数据显示，当接种比例（EAMs:非EAMs）控制在3:1时，最大功率密度可达1220 mW/m²，同时将电压波动幅度降低63%。添加20 mM的核黄素作为电子穿梭体可进一步稳定输出电压。

底物适应性进化

在纤维素类复杂底物体系中，经过15代适应性进化的混合菌群展现出特殊的底物利用分区效应：Clostridium cellulolyticum负责大分子解聚，而Shewanella oneidensis MR-1专攻小分子代谢。这种分工使化学需氧量（COD）去除率提升至82%，同时维持功率输出稳定性。

应用前景

当前MFCs在污水处理厂的示范工程中，采用分层接种技术使处理成本降低37%。未来研究应聚焦于：① 建立菌群功能预测模型；② 开发原位代谢监测系统；③ 优化模块化堆叠设计。这些突破将推动MFCs从实验室走向工业化应用。