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南京工业-吴夏芫团队-Water Research||群体感应信号引爆微生物燃料电池!抗生素与微塑料协同降解效率暴增!

2026-02-15 01:22:10

导语：近期，环境科学顶刊Water Research（影响因子=12.4，中科院一区top，自然指数期刊）发表题为“Enhanced Co-degradation of chloramphenicol and polyvinyl chloride in water by bioelectrochemical systems”的论文，揭示群体感应信号分子3OC8-HSL可显著提升微生物燃料电池对抗生素-微塑料复合污染的协同降解效能。

摘要：本研究针对水体中氯霉素（CAP）和聚氯乙烯（PVC）复合污染问题，构建了双室微生物燃料电池（MFC）处理系统，并创新性地引入群体感应信号分子3OC8-HSL。结果表明，PVC共存使CAP降解速率常数提升31.65%，PVC失重增加93.27%；而3OC8-HSL的添加进一步将CAP降解效率提升78.14%，最大功率密度提高81.05%。机理分析发现PVC通过吸附CAP减轻其急性毒性，并富集双功能降解基因adhP；3OC8-HSL则增强生物膜活性和电活性菌富集，从中成功分离出关键降解菌Achromobacter sp. M3和Klebsiella sp. X11。宏基因组分析揭示3OC8-HSL显著提升了乙酰化、脱氯、脱酰胺、开环裂解等关键功能基因丰度，并促进核黄素合成介导的电子传递。

亮点

3OC8-HSL使CAP降解率提升78%
PVC与CAP协同降解效率倍增
鉴定出关键降解菌株M3和X11
核黄素介导的电子传递增强81%

文中图片一览

图 1.不同微生物燃料电池组的电压（a）和总电荷（b）输出；以及它们在 35 天和 118 天时的电化学性能：循环伏安法（c，f），电化学阻抗谱（d，g）和功率密度曲线（e，h）。

图 2. 不同微生物燃料电池组在 24 天（a）、35 天（b）、48 天（c）和 118 天（d）时的 CAP 浓度变化及动力学。误差棒代表平行实验所得的标准偏差。

图 3. 运行 118 天后不同微生物燃料电池组中 PVC 薄膜的物理化学特性表征

图 4. 不同微生物燃料电池组中阳极生物膜在 24、35、48 和 118 天时的时间发展情况。

图 5. 不同微生物燃料电池组中阳极生物膜的胞外聚合物浓度在 24 天（a）、35 天（b）、48 天（c）和 118 天（d）时的情况。

图 6. 不同 MFC 组在 118 天时阳极生物膜的微生物群落（a）门水平和（b）属水平；以及分离菌株 M3 和 X11 的 CAP（c）和 PVC（d）降解效率、CV（e）、DPV（f）和核黄素浓度（g）。

图 7. 参与 CAP 降解（a）和 PVC 降解（b）的前 5 个基因；物种与 CAP 降解（c）和 PVC 降解（d）功能基因相对丰度的相关性分析；3OC8 组中 CAP 降解的拟议途径及关键基因的相对丰度（e，实线表示单步反应，虚线表示多步过程）。

图 8. 聚氯乙烯（PVC）和 3OC8-HSL 对微生物燃料电池（MFC）污染物降解及发电性能影响的拟议机制。

作者简介

第一作者：Wei Gao，南京工业大学生物技术与制药工程学院研究生，主要从事生物电化学系统降解新兴污染物的研究。

通讯作者：吴夏芫，南京工业大学生物与制药工程学院副教授、硕士生导师。研究方向涵盖生物电化学及废弃物资源化利用相关的环境微生物学应用基础研究，具体包括废弃物资源化利用、生物电化学应用、抗生素及抗性基因污染控制、重金属废水处理与回收、微塑料降解、微生物除臭、甲烷生物合成、纳米材料生物合成等。主持国家自然科学基金、国家重点研发子课题、江苏省自然科学基金等多项课题。在Water Res，J Hazard Mater，Bioresour Technol等期刊发表论文数十篇；申请中国发明专利10项，已授权6项。担任《Fermentation》编委。