电活性微生物是一类能够进行胞外电子传递的微生物，其黏附于固体载体上形成的、可与胞外载体进行电子交换的生物膜称为电活性生物膜。地杆菌是最典型的电活性微生物，在生物电化学系统中，电极电势是直接影响地杆菌生物膜电化学活性的重要因素。地杆菌生物膜的胞外多聚物（EPS）直接参与了生物膜与电极之间的电子交换，然而不同电极电势下地杆菌生物膜 EPS的特性及其对生物膜电活性的影响缺乏研究。
本研究由广东省环境污染与健康重点实验室杨贵芹等人完成，目的是从电活性生物膜EPS的电化学性质和组分空间分布等角度，研究电极电势对地杆菌阳极生物膜的影响。结果显示，在较宽的电极电势下（-0.4～0.6 V vs. SCE），地杆菌（Geobacter soli）生物膜的产电能力呈先升高后降低的趋势，生物膜产电性能与EPS的胞外电子转移能力呈较好的正相关关系。产电性能高的生物膜里层（靠近电极）的蛋白和脂类含量较高，而产电性能低的生物膜里层的多糖含量较高。电活性生物膜中起电子传递作用的主要是外膜及胞外的氧化还原活性蛋白，而多糖不具有导电性且可能增加电子传递的阻力，但是合成更多的胞外多糖是微生物面临环境压力的自我保护措施。本研究结果表明不同电极电势生物膜EPS组分的空间异质性分布是微生物在自我保护与电子传递效率之间平衡的结果，这为理解电极电势影响阳极生物膜电化学性能提供了新的研究视角。
相关成果于2019年5月发表于Water Research杂志，本研究受到国家自然科学基金（41671264和91751109）和“广东特支计划”科技创新领军人才项目（2017TX04Z351）联合资助。
Yang G, Huang L, Yu Z, Liu X, Chen S, Zeng J, Zhou S, Zhuang L* (2019). Anode potentials regulate Geobacter biofilms: New insights from the composition and spatial structure of extracellular polymeric substances. Water Res. 259: 294-301.
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.watres.2019.05.027
