对氧降解生物阴极对Ni2+的反应的机械洞察:微生物活动和电子转移行为

科学领域:

• 环境微生物学 环境微生物学
• 电化学 电化学 电化学
• 生物技术是生物技术.

背景情况:

• 重金属破坏生物电化学系统中的微生物电化学活动.
• 重金属对微生物生存能力和氧降低生物阴极中的细胞外电子转移的具体影响尚不清楚.

研究的目的:

• 研究 (Ni2+) 冲击对微生物活力,细胞外电子转移和氧降低生物阴极中的生物膜结构的度依赖作用.
• 阐明Ni2+与微生物群落相互作用并影响生物阴极性能的机制.

主要方法:

• 氧降低生物阴极暴露于不同度的Ni2+ (1,10和100 mg/L).
• 评估电化学性能 (电流密度),微生物活力 (活细胞比例) 和生物膜结构.
• 使用光谱方法分析Ni2+与细胞外聚合物质 (LB-EPS) 功能组和蛋白质的结合.
• 评估微生物社区结构和基因丰富度的变化 (电子转移和重金属抵抗基因).
• 分子对接模拟以预测Ni2+与关键电子转移酶的相互作用.

主要成果:

• 2+的冲击效应取决于度:1 mg/L改善了电流密度和活细胞比例 (73.2%),而10和100 mg/L则导致细胞死亡和生物阴极损伤.
• Ni2+与LB-EPS功能组 (碳基,N-H,C-H,C-O-C),蛋白质和湿酸结合,防止细胞透,但加剧与生物膜基质的相互作用.
• 增加的Ni2+减少了直接电子转移,改变了生物膜结构和微生物丰富性,减少了电子转移基因丰富性,增加了重金属抵抗基因.
• 分子对接揭示了Ni2+与酸脱酶和细胞染色体bc1复合物的强有力的结合,影响了酶活性.

结论:

• 2+冲击对生物阴极性能产生重大影响,低度可能有益,高度可能有害.
• 2+主要与细胞外聚合物物质矩阵相互作用,阻碍直接电子转移并改变微生物社区的动态.
• 了解这些相互作用对于设计重金属废水处理的弹性生物电化学系统至关重要.