近日，福建農林大學周順桂教授團隊分別在《Nature Communications》（1區，IF=17.694）和《Angewandte Chemie International Edition》（1區，IF=16.823）發表了微生物光電産甲烷研究的系列成果。
微生物光電産甲烷是一种新型的微生物产甲烷模式，即产甲烷菌利用半导体（矿物）等光活性物质产生的还原力（光生电子、氢气等）进行自养代谢产甲烷。其中，生物-無機界面是微生物光電産甲烷的核心。然而目前，關于界面電子/質子傳遞及其能量轉移機制尚缺乏深入研究。周順桂教授團隊在《Nature Communications》發表題爲“Solar-driven methanogenesis with ultrahigh selectivity by turning down H2 production at biotic-abiotic interface”的研究論文。該研究通過構建Methanosarcina barkeri (M. b)-NiCu@CdS微生物光電化學産甲烷系統，首次證實雙活性位點能夠調控界面産氫並通過M. b胞外和胞内的氢循环促进甲烷生成。相关研究成果突破了微生物光電産甲烷以氢气作为主要电子供体的传统认识局限，對于深入认识产甲烷菌的能量利用和转化过程具有重要意义。
圖1. 微生物光電産甲烷：生物-無機界面産氫調控驅動超高選擇性産甲烷
牺牲试剂是微生物光電産甲烷不可缺少的电子供体，驱动反应的持续高效进行。然而目前，對于微生物光電産甲烷牺牲试剂的研究还处于初步阶段，特别是寻找新型廉价易得的牺牲试剂以替代传统昂贵的化学牺牲试剂，是微生物光電産甲烷研究的重点及难点。周順桂教授團隊在《Angewandte Chemie International Edition》發表題爲 “Sustainable Conversion of Microplastics to Methane with Ultrahigh Selectivity by Biotic-Abiotic Hybrid Photocatalytic System”的研究論文。該研究通過産甲烷菌模式菌株Methanosarcina barkeri（M. b）和聚合氮化碳（CDPCN）構建了M. b-CDPCN光電産甲烷，首次證實微塑料能夠作爲微生物光電産甲烷的犧牲試劑，有效實現微塑料的高效甲烷化。相關研究成果拓展了微生物光電産甲烷的科學內涵，也爲環境廢棄物的資源化再利用提供了新的途徑和思路。
圖2微生物光電産甲烷：实现微塑料高选择性甲烷化
以上研究成果福建農林大學爲第一完成單位，葉捷副教授爲第一作者，福建農林大學周順桂教授和中國科學技術大學熊宇傑教授爲共同通訊作者。相關研究得到了國家傑出青年科學基金（41925028、21725102）、國家自然科學基金（42177206）和福建省自然科學基金會（2020J06017）的資助。
原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-34423-1
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202213244