用 氧 化 磷 酸 化 作 用 ， 导 致 其 能 量 转 化 效 率 高 达

65% 。 常 见 的 实 例 包 括 假 单 胞 菌

（

Pseudomonas  aeruginosa ） ， 微 肠 球 菌 （ Enterococcus  faecium ） 以 及 Rhodoferax 

ferrireducens。 

　　

 如果存在其它可替代的电子受体，如硫酸盐，会导致阳极电势降低，电子则易于沉积

在这些组分上。当使用厌氧淤泥作为接种体时，可以重复性的观察到沼气的产生，提示在这
种情况下细菌并未使用阳极。如果没有硫酸盐、硝酸盐或者其它电子受体的存在，如果阳极
持续维持低电势则发酵就成为此时的主要代谢过程。例如，在葡萄糖的发酵过程中，涉及到
的

可

能

的

反

应

是

：

C6H12O6+2H2O=4H2+2CO2+2C2H4O2 

或

 

6H12O6=2H2+2CO2+C4H8O2。它表明，从理论上说，六碳底物中最多有三分之一的电子能
够用来产生电流，而其它三分之二的电子则保存在产生的发酵产物中，如乙酸和丁酸盐。总
电子量的三分之一用来发电的原因在于氢化酶的性质，它通常使用这些电子产生氢气，氢
化酶一般位于膜的表面以便于与膜外的可活动的电子穿梭体相接触，或者直接接触在电极
上。同重复观察到的现象一致，这一代谢类型也预示着高的乙酸和丁酸盐的产生。一些已知
的 制 造 发 酵 产 物 的 微 生 物 分 属 于 以 下 几 类 ： 梭 菌 属 （

Clostridium ） ， 产 碱 菌

（

Alcaligenes），肠球菌（Enterococcus），都已经从 MFCs 中分离出来。此外，在独立发酵

实验中，观察到在无氧条件下

MFC 富集培养时，有丰富的氢气产生，这一现象也进一步的

支持和验证这一通路。

 

　　

 发酵的产物，如乙酸，在低阳极电势的情况下也能够被诸如泥菌属等厌氧菌氧化，它

们能够在

MFC 的环境中夺取乙酸中的电子。 

　　代谢途径的差异与已观测到的氧化还原电势的数据一起，为我们一窥微生物电动力学
提供了一个深入的窗口。一个在外部电阻很低的情况下运转的

MFC，在刚开始在生物量积

累时期只产生很低的电流，因此具有高的阳极电势（即低的

MFC 电池电势）。这是对于兼

性好氧菌和厌氧菌的选择的结果。经过培养生长，它的代谢转换率，体现为电流水平，将升
高。所产生的这种适中的阳极电势水平将有利于那些适应低氧化的兼性厌氧微生物生长。然
而此时，专性厌氧型微生物仍然会受到阳极仓内存在的氧化电势，同时也可能受到跨膜渗
透过来的氧气影响，而处于生长受抑的状态。如果外部使用高电阻时，阳极电势将会变低，
甚至只维持微弱的电流水平。在那种情况下，将只能选择适应低氧化的兼性厌氧微生物以及
专性厌氧微生物，使对细菌种类的选择的可能性被局限了。

 

MFC 中的阳极电子传递机制 

　　

 电子向电极的传递需要一个物理性的传递系统以完成电池外部的电子转移。这一目的

既可以通过使用可溶性的电子穿梭体，也可以通过膜结合的电子穿梭复合体。

 

　　

 氧化性的、膜结合的电子传递被认为是通过组成呼吸链的复合体完成的。已知细菌利用

这一通路的例子有

Geobacter metallireducens 、嗜水气单胞菌（Aeromonas hydrophila）以及

Rhodoferax ferrireducens。决定一个组分是否能发挥类似电子门控通道的主要要求在于，它
的原子空间结构相位的易接近性（即物理上能与电子供体和受体发生相互作用）。门控的势
能与阳极的高低关系则将决定实际上是否能够使用这一门控（电子不能传递给一个更还原
的电极）。