浅析微生物纳米导线电子传递机制及其应用

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1、第24卷第9期化学进展VolI24No．92012年9月PR0GRESSINCHEMISTRYSep．2012有“生命”的电线：浅析微生物纳米导线电子传递机制及其应用木许杰龙，周顺桂袁勇王跃强庄莉一(1．中国科学院广州地球化学研究所广州510640；2．广东省生态环境与土壤研究所广州510650)摘要微生物纳米导线是指在缺少可溶性电子受体的条件下由微生物形成类似菌毛的导电附属物，通过它传递电子是微生物为提高胞外电子传递效率而进化形成的一种有效的电子传递方式。微生物可利用具有高效导电特性的纳米导线将电子传递到远离细胞表面的地方，从而使微生

2、物摆脱了需要直接接触胞外电子受体(Fe(Ⅲ)氧化物或电极)才能传递电子的限制。微生物纳米导线的发现丰富了人们对胞外呼吸多样性的认识，同时其在提高微生物燃料电池产电效率、促进环境中有机污染物的快速降解和生物能源等方面具有重要的应用前景，成为了当前研究的前沿和热点。本文简单介绍了微生物纳米导线的基本特性和产生纳米导线的微生物种类，重点阐述了由Geobacter和Shewanella微生物生成的纳米导线电子传递机制以及其在生物能源和生物修复等方面的应用，并展望了今后的研究重点。关键词微生物纳米导线电子传递机制生物能源环境修复中图分类号：Q29

3、1；0646．54；X172文献标识码：A文章编号：1005-281X(2012)09-1794~7LiveWire：AReviewonElectronTransferMechanismandApplicationsofMicrobialNanowiresXuJielong-ZhouShunguiYuanYongWangYueqiangZhuangLi(1．GuangzhouInstituteofGeochemistry，ChineseAcademyofSciences，Guangzhou510640，China；2．Guangdong

4、InstituteofEco—EnvironmentalandSoilSciences，Guangzhou510650，China)AbstractMicrobialnanowiresareelectricallyconductivepilus-likeappendages，whichareproducedundersolubleelectronacceptor—limitingconditions．Thefindingsofmicrobialnanowiresdemonstrateanovelandeficientpathwayfor

5、extracellularelectrontransfer．Themicrobesusetheseconductivenanowirestotransferelectronsoverlongdistances，fromthecellsurfacetothesurfaceofextracellularelectronacceptors(suchasFe(III)oxidesandelectrodes)，overcomingtherequirementofdirectphysicalcontactbetweenmicrobesandelec

6、tronacceptors．Thediscoveryofmicrobialnanowireshasadvancedourunderstandingofextracellularrespirationandthediversityofmicrobialrespiratorysystemsinnature．Ithasgreatsignificancesforelectricityproductionofmicrobialfuelcell，degradationoforganicpollutantsandbioenergygeneration

7、．Moreover，itwillhelpUStodeveloptheadvancedmaterialsandmicromoduleequipmentsintheemergingfieldofnanotechnology．Inthisreview，weintroducedthebasiccharacteristicsofmicrobialnanowiresandthemicroorganismscapableofproducingnanowires．Thestudiesontheirelectrontransfermechanismsan

8、dapplicationsinbioremediationandbioenergyarereviewedwithanemphasis，andtheprospectsofkeyresearchesinthef