近日，福建农林大学环境生物电化学中心周顺桂团队在生物固氮及微塑料环境降解研究中取得系列研究成果。
目前，工業合成氨（固氮）主要途徑是Haber-Bosch工藝，其生産條件需要高溫高壓，既耗能又汙染環境（據估計，其年均能耗約占世界能源總耗的1-2%）。而生物固氮是一種自然界廣泛存在的、既經濟又環境友好的固氮方式，它通過微生物代謝産生的能量，在固氮酶的作用下在常溫常壓下高效固定N2。研究表明，地球固氮總量的50%來自于生物固氮。然而，當前人類可利用的生物固氮方式，仍局限于根瘤菌與少數豆科植物根系的共生固氮。因此，如何有效地利用生物固氮是人類迫切需要解決的難題。
Geobacter是厭氧土壤中廣泛存在的自生固氮微生物，具有耦合胞外呼吸（如Fe(III)還原）與自生固氮的能力。基于此，周順桂團隊利用陽極作爲電子受體，在缺氮微生物電化學系統（BES）中接種G. sulfurreducens。結果顯示，該BES系統能同時實現生物固氮與清潔電能生産。代謝分析發現，G. sulfurreducens陽極産電與自身固氮具有協同作用，即陽極産電呼吸産生的ATP驅動生物固氮。反過來，固氮過程也有利于促進能量代謝，進一步提高G. sulfurreducens陽極呼吸能力。該發現可應用于缺氮廢水（造紙廢水等）的生物處理，即構建微生物電化學系統（BES）並接種電活性固氮菌（如G. sulfurreducens），達到汙水處理、生物固氮與清潔電能生産的三重功效，爲實現綠色固氮與缺氮廢水處理提供了新方向。
電活性固氮菌同步固氮與電能輸出
該成果以“Anode respiration-dependent biological nitrogen fixation by Geobacter sulfurreducens” 爲題發表于環境領域國際著名期刊《Water Research》，福建農林大學爲第一完成單位，福建農林大學博士研究生靖憲月爲論文第一作者，周順桂教授與劉星研究員爲共同通訊作者，研究得到了國家傑出青年科學基金（41925028）、國家自然科學基金（42077218）和福建農林大學優秀博士學位論文資助基金（324-1122yb072）的資助。原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S004313542101054X.
無氧-好氧界面加速微塑料降解
另外，周顺桂团队关注微塑料的微生物原位降解。以“Enhanced aging of polystyrene microplastics in sediments under alternating anoxic-oxic conditions” 爲題發表于《Water Research》。原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0043135421009763.。他们采用野外原位实验、模拟泥柱实验以及纯菌培养实验发现，交替無氧-有氧条件可加速微塑料降解，其可能机制为：無氧-有氧交替加速了底泥Fe(III)/(II)循环，从而促进了羟基自由基的加速生成，导致微塑料的原位强化降解。该论文为潮间带、稻田等無氧-有氧交替條件下的微塑料降解提供了新認識，也爲開發微塑料原位降解技術提供了技術支撐。
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