广东工业大学袁勇课题组发表微生物长距离电子传递综述论文

来源：农环视界

基于纳米级到微米级电子传输的微生物生物修复由于缺乏合适的电子受体或在受污染土壤/沉积物中传质缓慢，其修复应用受到了很大程度的限制。微生物长距离电子传输（LDET）可以在自然环境中跨距离（厘米级别）耦合空间分隔的氧化还原反应，实现电子在环境介质中的厘米级长距离电子传输。LDET通过直接连接远距离的电子供体和受体，解释了一系列全球重要的生物地球化学现象，并克服了常规微生物修复技术的弊端。

近日，广东工业大学环境科学与工程学院袁勇教授课题组在Cell Press著名综述期刊Trends in Biotechnology（IF=14.343）上发表了题为：“Centrimeter-long microbial electron transfer for bioremediation applications”的综述论文。该文首先通过数据库检索，简要回顾了LDET及其环境修复应用的的发展历程（图1），并重点介绍了LDET类型、表征和调控方法及其环境修复应用方面的最新研究进展，主要包括以下几个方面：

图1 微生物长距离电子传输发展历程的关键时间节点和主要类型的电子传递过程示意图

2010年，Nielsen课题组首次在海水-沉积物界面发现了LDET的存在，在该界面上实现了LDET耦合硫化物氧化和氧还原反应。2012年，他们进一步证实长丝状硫氧化细菌，也称为“ 电缆细菌 ”，是驱动LDET的关键微生物。电缆细菌可利用细胞色素的电子跳跃模型或利用体内的导电性菌毛来实现LDET，将氧化硫化物产生的电子经长距离传递到较远的氧。O2和H2S均被耗尽的e-SOx缺氧区和电缆细菌的同时存在，这是证明LDET效应发生的关键依据。为了量化表征LDET效应，可以通过计算水-土界面LDET驱动的物质通量（即O2，H2S和碱度）以及测定电势（electric potential, EP）来评估LDET的电流密度。

构建具有更长有效距离的LDET，强化LDET在污染物修复方面的潜在作用，是实现LDET工程化应用的关键。微生物电化学通气管系统（MES）能够利用体电极进行LDET，强化沉积物中石油烃碳氢化合物的去除，也可以通过将导电材料（导电矿物、生物炭、碳纤维和石墨烯等）人工添加到土壤或沉积物中来构建LDET通道。目前，已发现导电生物炭颗粒可以在土壤基质中介导LDET，电子最长传递距离可以达到分米级。

作者简介：

袁勇，博士，教授，博士生导师。广东工业大学“百人计划”特聘教授。主要从事环境生物电化学的基础理论和应用研究。主持国家和省部级项目10多项，其中国家重点研发课题1项和国家自然科学基金4项。迄今在Trends in Biotechnology, Environmental Science & Technology, Water Research, Applied catalysis B: Environmental, Analytical Chemistry, ChemsusChem, Journal of Materials Chemistry A等国际期刊发表论文共110余篇（其中第一或通讯作者英文SCI论文70多篇）；论文SCI他引3600余次，h-index为34。获得国家授权发明专利12件。兼任广东省污泥产业协会理事、广东省土壤学会土壤化学专业委员会理事。先后获广东省科学院优秀人才基金、第四届中国土壤学会优秀青年学者奖、2014年广东省自然科学基金杰出青年基金。