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，工业合成氨（固氮）主要途径是Haber-Bosch工艺，其生产条件需要高温高压，既耗能又污染环境（据估计，其年均能耗约占世界能源总耗的1-2%）。而生物固氮是一种自然界广泛存在的、既经济又环境友好的固氮方式，它通过微生物代谢产生的能量，在固氮酶的作用下在常温常压下高效固定N2。研究表明，地球固氮总量的50%来自于生物固氮。然而，当前人类可利用的生物固氮方式，仍局限于根瘤菌与少数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类迫切需要解决的难题。
Geobacter是厌氧土壤中广泛存在的自生固氮微生物，具有耦合胞外呼吸（如Fe(III)还原）与自生固氮的能力。基于此，周顺桂团队利用阳极作为电子受体，在缺氮微生物电化学系统（BES）中接种G. sulfurreducens。结果显示，该BES系统能同时实现生物固氮与清洁电能生产。代谢分析发现，G. sulfurreducens阳极产电与自身固氮具有协同作用，即阳极产电呼吸产生的ATP驱动生物固氮。反过来，固氮过程也有利于促进能量代谢，进一步提高G. sulfurreducens阳极呼吸能力。该发现可应用于缺氮废水（造纸废水等）的生物处理，即构建微生物电化学系统（BES）并接种电活性固氮菌（如G. sulfurreducens），达到污水处理、生物固氮与清洁电能生产的三重功效，为实现绿色固氮与缺氮废水处理提供了新方向。
电活性固氮菌同步固氮与电能输出
该成果以“Anode respiration-dependent biological nitrogen fixation by Geobacter sulfurreducens” 为题发表于环境领域国际著名期刊《Water Research》，福建农林大学为第一完成单位，福建农林大学博士研究生靖宪月为论文第一作者，周顺桂教授与刘星研究员为共同通讯作者，研究得到了国家杰出青年科学基金（41925028）、国家自然科学基金（42077218）和福建农林大学优秀博士学位论文资助基金（324-1122yb072）的资助。原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S004313542101054X.
无氧-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” 为题发表于《Water Research》。原文链接：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，交替无氧-有氧条件可加速微塑料降解，其可能机制为：无氧-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、稻田等无氧-有氧交替条件下的微塑料降解提供了新认识，也为开发微塑料原位降解技术提供了技术支撑。
红宝石9999hbs 刘星 图文 科研院 张艳 资环院 修新田审核