微生物(6篇)

时间：2024-01-08

微生物篇1

地球生命形式的独特风景线

极端微生物是指能够在如高温、低温、高酸、高碱、高盐、高毒、高渗、高压、干旱或高辐射强度等极端环境中正常生长繁殖的微生物，而这些极端环境对普通生物（包括人类）而言是不可耐受的，一度被认为是生命。

但其实，从生命现象发生以来，极端微生物在地球生物圈中业已存在，只是由于生产和科学技术的局限，直到19世纪末人们才逐渐在生活和生产实践中认识到这一大类特殊生命群体。从接近沸点的温泉和海底火山口、寒冷的南北极区、盐湖和酸碱泉到高寒及高压的深海环境等，无处不活跃着极端微生物的身影。

极端微生物根据生存环境不同可分为嗜热、嗜冷、嗜酸、嗜碱、嗜盐、嗜压以及抗辐射、耐干燥、抗高浓度金属离子和极端厌氧的微生物等类群，它们构成了地球生命形式的独特风景线，它们在细胞构造、生命活动和种系进化上的突出特性，以及存在的原理与意义，为更好地认知生命现象、发展生物技术提供了宝贵的知识源泉。

像其他微生物一样，极端微生物也具有丰富的多样性。目前科学界已发现的、支持极端微生物生长的最高温度极限为121℃，最高pH达11，最低pH值接近0，最高盐浓度达到饱和的5.2摩尔，耐辐射剂量20kGy（是人致死剂量的2000倍）以上，压强达130MPa（相当于13000米水深）以上等。

探索生命极限的线索

极端微生物不仅代表了生命适应环境的多样性及其可能的范围，对探究生命的起源、生命的进化或地外生命都具有非凡意义。从分类角度看，目前地球的生物圈可以分为三大领域：细菌、古菌和包括人类的真核生物（动物和植物）。其中细菌和古菌均属于原核微生物；绝大多数古菌和少部分细菌都是极端微生物。这些极端微生物为地球的生物圈界定了环境极限的边界条件，也提供了探索生命极限的线索。

科学家们相信，极端微生物是这个星球留给人类独特的生物资源宝库和极其珍贵的科研素材。开展极端微生物的研究，对于揭示生物圈起源的奥秘，阐明生物多样性形成的机制，认识生命的极限及其与环境相互作用的规律等，都具有极为重要的科学意义。

例如极端微生物尤其是许多超极端的古菌，它们均属于生命树根部的进化分支，而且生理特征和生活环境与地球开始出现生命时的地质化学和环境状况可能相似。因此这些极端微生物可能代表了最古老的生命类群，是寻找最早生命形式和探索生命起源最重要的研究对象。例如，近年来，生命的“热起源”假说形成了关于生命起源的主流，但对此假说也有质疑――嗜热物种究竟是祖先，还是在极端环境的压力下选择进化的结果。对嗜热微生物的研究将有助于对生命“热起源”假说的进一步认识。

极端微生物中发现的适应机制，还将成为人类在太空中寻找地外生命的理论依据。例如耐辐射细菌所耐受的高辐射剂量，在地球上从未出现过，甚至催生了地球生命的外星球起源的假说。

更有意义的发现是，古菌遗传信息传递与真核生物的极其相似，因而古菌很可能成为了解真核生物，甚至我们人类的遗传信息传递系统的有效模型。

随着研究的深入，科学界对极端微生物的研究兴趣越来越浓厚。短短40年间，对极端微生物多样性的研究取得了很大进展。仅超嗜热菌就从1972年的2个种增加到目前的80多个种，其他各类极端微生物的种也有200多个。随着研究的深入和新研究方法的采用，微生物生存的环境条件极限也将不断地被改写着。

为现代生物技术带来革命性进步

从更现实的角度上看，极端微生物特殊的基因与产物，也为工业、农业、人类健康的发展提供新的途径，为现代生物技术带来革命性进步。

极端微生物的酶和代谢产物已成为生物技术创新的源泉之一，并已经创造了财富。目前在国际上已经实现大规模产业化的极端酶有两个，一个是嗜热菌产生的TaqDNA聚合酶，使DNA的体外复制变得异常简便和常规化，大大加快了生物工程、基因组等分子生物学研究的进程，年销售利润达到上亿美元；另一个是嗜碱菌产生的一种纤维素酶作为洗涤剂的添加剂，已有数十亿美元的全球市场。此外，嗜盐古菌的质子泵“紫膜”蛋白有望用于光学信息处理和光储存、生物芯片和生物计算机、全息照相和存储、仿视觉功能人工视网膜、图像传感器和运动探测等高科技产业领域。在国际上，极端嗜盐菌产生的生物可降解生物材料正逐步取代不可生物降解的化学合成材料。同时，来自于极端微生物的生物催化剂有望使生物催化突破高压、高温、低温、高盐碱或有机溶剂等工业过程屏障。

在环境保护方面，工业产生的废水一般是酸性、碱性或含盐量大的环境，只有合适的极端微生物才能够分解其中可能造成环境污染的物质，在净化水质、提供生活用中水的同时，结合化学和生物的手段还能够将有害物质转换为能源。而在理想的清洁能源酒精的生产中，利用高温菌的高温酒精发酵，可实现发酵和蒸馏的同步化，可望大大降低生产成本，其产生的效益将达到数亿元。

在农业方面，极端微生物能够耐低温、耐高盐碱及耐干旱等极端环境的特殊功能基因，是盐碱地生物改造、高温高盐碱环境的污染治理的重要基因资源。

另外，极端微生物也已成为新的抗生素和新药的重要来源。长期的进化以及特殊的生活环境决定了极端微生物独特的代谢和生理能力，能够产生普通生物所没有的活性物质。目前已经从各类极端微生物中提取到多种结构新颖的抗生素，因此极端微生物及其特殊的产物有可能形成新的产业方向，其特殊的功能和适应机制，是改造传统生产工艺和提升生物技术的有效途径。

极端微生物生命策略和适应环境的多样性说明它们早已解决了科学家今天仍在寻找答案的那些问题，对其的开发应用将提供缓解资源、环境压力、保障社会可持续发展的有效途径。

微生物篇2

菌根是自然界中一种普遍的植物共生现象，它是土壤中的菌根真菌菌丝与高等植物营养根系形成的一种联合体。而丛枝菌根真菌（arbuscularmycorrhizalfungi，AMF）是一种古老而广泛的共生体，与陆地上80%以上的植物都存有共生关系。它会将菌丝延伸到土壤中以扩大吸收面积，从而提高对土壤营养物质的吸收，增强植物对疾病的抵抗力和抗旱能力。

一直以来，人们都认为宿主细胞与真菌细胞之间所有矿质养分的交换，主要发生在真菌与植物交界面上，且已有人在研究AM真菌在吸收不同氮源的情况下如何向宿主植物运转氮，但却没人能够证明AM通过什么载体向寄主植物运转氮。经过艰苦攻关，金海如发现并证明，这个载体就是精氨酸—一种较难被吸收和利用的氨基酸。

金海如利用实验证明，AM真菌可以从周围环境中吸收不同来源的氮，并将其合成为精氨酸，尔后精氨酸再通过尿素循环中的精氨酸酶分解为鸟氨酸和尿素，尿素又进一步被脲酶分解释放出铵根离子。而铵根离子则能跨越植物根皮细胞质膜，以氨的形式释放到寄主植物的细胞质内被进一步吸收利用。同时，金海如还发现了AM真菌孢子对不同外源氮的吸收和代谢的机理，这些研究成果可以说是AM真菌代谢理论上的重大突破，已陆续在《Nature》《NewPhytologist》等刊物上发表，且已有两项国家发明专利获得了授权。

但金海如对AM真菌的研究并没有止步于此。在一番更深入地研究之后，他先于世界各国科学家发明了利用丛枝菌根真菌生产高效生物氮肥的技术，并在国内率先发明了规模化生产丛枝菌根真菌的纯培养技术，对推广该真菌用于粮食增产增收具有重要意义。

金海如的生物氮肥除了具备肥料的功效之外，还具有活化土壤养分、改善作物矿质营养、提高有机肥的使用效率、提高植物抗旱和抗病能力、促进植物生长发育、增加产量和改善品质，以及调节和控制植物的多样性等功效。同时，利用此项技术还能解决一些行业产生的氮、磷以及重金属污染等问题。

微生物篇3

一、微生物不可培养的原因

对微生物进行常规培养时,由于生活条件的改变,有些微生物不能适应而死亡,另一些则通过产生孢子进入休眠状态或改变细胞形态、进入维持一定代谢活性但不生长繁殖的“活的非可培养状态”,结果均表现为微生物的“不可培养性”。

实际上,微生物的不可培养性是由于对微生物生长条件及其规律性的认识严重不足,而采取了偏离微生物生长实际情况的培养条件所造成的,这些偏离具体可以包括以下几个方面:

(一)实验室中无法完全模拟自然界的环境条件

由于目前监测技术和手段的限制,人们对微生物生存环境和自然条件的了解尚不充分。因此,人们没有或无法完全模拟微生物的自然生存条件,而通常将培养条件进行简化:将微生物置于恒温、恒湿、黑暗等环境中;将微生物限制在“板结”的琼脂或不扰动的液体介质中;简化微生物的营养组成没有提供微生物生长繁殖所必需的某些化学物质等等。所以在自然界中可以生长繁殖的微生物,在“纯培养”中生长条件得不到满足,从而导致了微生物的不可培养性。

(二)生长缓慢的微生物被忽视

环境中很多微生物都聚集生长,当将这些微生物接种至培养基时,适合生长的微生物由于生长快而占据优势地位,它们对营养成分的大量摄取使生长缓慢的微生物得不到充足营养而生长受到抑制。

(三)采用高浓度的营养基质

最初对微生物的培养是在富含营养的培养基中进行的,但是由于自然界中微生物数量庞大,其可利用的营养物质极度匮乏,多数处于“岔营养”状态。常规纯培养对这种认识不允分,通常将寡营养微生物迅速置于富营养状态,微生物初期的快速生长会产生大量的、微生物自身难以调节的过氧化物、超氧化物和羟基自由基等“毒性氧物质”,该类物质快速、过量的积累会破坏细胞内膜结构,导致细胞死亡,从而表现出微生物的不可培养性。

(四)环境微生物之间的相互关系被忽略

微生物相互关系繁多复杂,包括:(1)种间的偏利共生关系和互惠共生关系,两者的共性是至少一个群体提供另一些群体所需的生长因子而使微生物群体获利;(2)群体感应,这种关系被认为是通过细菌间的信息交流来调控细菌的群体行为:细胞通过感应一种胞外低分子量的信号分子来判断菌群密度和周围环境的变化,从而调节相应的细菌表达以调节细菌的群体行为。以上这两种关系都是微生物生长所必需的。由于人们目前对环境中微生物之间多数复杂的相互关系所知甚少,采用的培养技术没有将这种关系考虑在内。纯培养技术将待培养的微生物与其它微生物群体、以及生存环境人为地分离开,种间的共生关系和信息交流被阻断,微生物缺乏必需的生长因子和信号分了而死亡,表现出微生物的不可培养性。

(五)对微生物生长状况进行判断的常规标准存在的缺陷,也导致某些微生物生长不被发觉,表现为“不可培养”

微生物篇4

概述:

生物群落，指生活在一定的自然区域内，相互之间具有直接或间接关系的各种生物的总和。微生物也是生物。与种群一样，生物群落也有一系列的基本特征，这些特征不是由组成它的各个种群所能包括的，也就是说，只有在群落总体水平上，这些特征才能显示出来。生物群落的基本特征包括群落中物种的多样性、群落的生长形式和结构、优势种、相对丰盛度、营养结构等。营养关系和成境关系在生物群落中具有最大的意义，是生物群落存在的基础。

（来源：文章屋网）

微生物篇5

关键词：微生物肥料；功效；使用

微生物肥料，是一类含有活性微生物，施入土壤后，能以其生命活动促使作物得到特定的肥料效应而使作物生长茁壮或产量增加的一类制品。它本身并不含有大量植物生长发育所需要的营养元素，而是含有大量的有益微生物，在土壤中或植物体上通过微生物的生命活动，改善作物的营养条件、固定大气中的氮素或者活化土壤中某些无效态的营养元素，从而促进作物生长并使环境中的养分潜力得以充分发挥，为作物生长创造一个良好的土壤微生态环境。

近几年随着人们生活水平的提高，消费者对绿色食品的认识也有了较大的提高，绿色消费正在逐渐成为一种文化和时尚。但肥料施用的盲目性给绿色食品行业带来了一系列问题。施用微生物肥料不但可以提质增效，还能减少化肥用量和面源污染，增强植物抗病及抗逆能力，对提高农作物品质及产量具有重要意义，在农业可持续发展中具有举足轻重的作用。

1微生物肥料的功效

1.1改良土壤

通过有益菌的大量繁殖，大量有益菌在植物的根系周围形成了优势种群，抑制了有害菌的生命活动。快速分解土壤有机物质，促进土壤团粒的形成，且通过有益菌的活动能够疏松土壤，土壤的保肥、供肥、保水、供水及透气性都得到很好的调节。分解土壤中的农药残留，避免残留农药对下季作物产生药害。还可以对植物生长过程通过根系排放的有害物质进行分解。

1.2固氮、解磷、解钾功能

能够部分利用空气中的氮，通过有益菌生长代谢产生相应的酶和酸，将土壤中难溶性的磷、钾肥（土壤中难溶性磷肥占95%，难溶性钾占98%）进行分解，从而产生植物所能吸收的磷、钾肥。因此能够大大提高作物对肥料的利用率，从而减少肥料的施用量。

1.3提高作物品质

解磷、解钾的同时，能够促使土壤中微量元素的释放，被作物所利用，同时有益菌代谢产生多种植物所需的物质，如小分子氨基酸、植物生长物质、维生素等。

1.4生物防治

用来灌根可抑制土壤中的病菌，喷洒叶面可防止病害的入侵。

1.5调节植物体生理生化过程

微生物肥料可以促进作物生根、出苗、提早成熟，提高作物的抗逆性，表现出抗病、抗旱、抗倒伏的作用。由于土壤理化性质得到改善，土壤养分丰富且平衡，能够更好的被作物吸收，因此能够促进作物早熟和延长采收期。

1.6使用安全

微生物肥料不会对作物产生毒副作用，生物活性菌在土壤中的增殖代谢过程中能产生赤霉素及其他活性物质等，可自身调节生理生化过程。微生物肥料本身无毒、无残留，且能分解残留土壤中的化肥、农药，净化环境。

2微生物肥料使用方法

2.1育苗肥

采用盘式或床式育苗时，可将微生物肥料拌入苗土中堆置3d，再装入育苗盘和育苗钵。因育苗多在温室或塑料棚中进行，温湿度条件有利于微生物繁殖生长，用量可比田间基肥少一些。

2.2基肥（底肥）

微生物肥料用量少，单施不易施匀，且覆土之前易受阳光照射影响效果，有风天又会发生飘散。因此，用作基肥时在施用有机肥条件下，应将微生物肥料与有机肥按（1.0～1.5）∶500的比例混匀，用水喷湿后遮盖，堆腐3～5d，中间翻倒一次后施用。施用时要均匀施于垄沟内，然后起垄；如不施用有机肥，以1kg生物肥拌30～50kg稍湿润的细土，均匀施于垄沟内，然后即起垄覆土，注意与化肥分开使用。在水田或旱田也可以均匀撒施于地表，然后立即耙入土中，不能长时间暴露在阳光下暴晒。

2.3口肥

在施用有机肥或化肥作基肥的基础上，用微生物肥料作种肥，即在播种时施于种子附近或随种子同时施入。

2.4拌种

先将种子表面用水或用豆浆、红糖水喷湿润，然后将种子放入微生物肥料中搅拌，使种子表面均匀沾满微生物肥料后，在阴凉通风处稍阴干即可播种。拌种后不要放置在阳光下暴晒，也不要放置时间过长。拌种用微生物肥料量与种子大小有关，小粒种子每千克种子用肥50～100g即可，大粒种子需要量就多一些，拌有微生物肥料的种子播种后要立即覆土，防止阳光中紫外线杀伤微生物肥料中的微生物。

2.5叶面肥

叶面肥是一种追肥方法。将微生物肥料先用少量水浸泡4～6h，然后再加水进行搅拌，搅拌后过滤，将滤液喷施在作物叶背面和果实上。整个生育期中，根据作物生长情况结合作物营养临界期和最大效应期喷施2～3次。喷施时最好在傍晚或无雨的阴天。喷施追肥的方法适用于蔬菜和密播作物。喷施有明显增产效果，但效果一般要低于土壤施用效果。所以土壤施用与喷施相结合效果最好。应该指出的是不同的微生物制剂有不同的特性，因此施用方法也会有所区别，使用时要按产品说明书要求进行。

3施用微生物肥料注意事项

3.1施用方位

微生物肥料是一种活性菌，施用后必须埋于土中，不能撒施于地表，一般深施7～10cm。作种肥时施于种子正下方2～3cm处；作追肥时尽量靠近根系为好。叶面喷施时，喷于叶背面。

3.2施用时间及用量

微生物肥料最适施用时间是清晨和傍晚或无雨阴天，避免阳光中紫外线将肥料中的微生物杀死。一般每667m2用微生物菌剂2kg左右。微生物菌剂茎叶喷施时，一般每0.5kg应配足50L左右水进行喷洒。

3.3施用季节

不建议冬季使用生物菌肥。这是因为解磷细菌、解钾细菌、放线菌等有益活性菌必须在适宜的温湿度（20～25℃）条件下才能够存活、繁殖，从而起到分解作用，冬季土壤温度一般在18℃以下，很难满足有益菌对温度的要求，不能正常生长繁殖，因此效果不太理想。

3.4配合其他肥料

微生物肥料与其他肥料配合施用效果好。由于微生物肥料是一种高含菌量的生物制剂，施于土壤后需要15～20d才能发挥肥效，多数生物菌活性需要在氮元素的作用下才能发挥，所以在施微生物肥料时要适量地配合少量的氮肥。

3.5有效施用条件

微生物肥料在土壤持水量30%以上、土壤温度在10～40℃、pH在5.5～8.5的土壤条件下均可施用，微生物肥料适合的土壤含水量为50%～70%。

3.6保存方法

微生物篇6

微生物燃料电池并不是新兴的东西，利用微生物作为电池中的催化剂这一概念从上个世纪70年代就已存在，并且使用微生物燃料电池处理家庭污水的设想也于1991年实现。但是，经过提升能量输出的微生物燃料电池则是新生的，为这一事物的实际应用提供了可能的机会。

MFCs将可以被生物降解的物质中可利用的能量直接转化成为电能。要达到这一目的，只需要使细菌从利用它的天然电子传递受体，例如氧或者氮，转化为利用不溶性的受体，比如MFC的阳极。这一转换可以通过使用膜联组分或者可溶性电子穿梭体来实现。然后电子经由一个电阻器流向阴极，在那里电子受体被还原。与厌氧性消化作用相比，MFC能产生电流，并且生成了以二氧化碳为主的废气。

与现有的其它利用有机物产能的技术相比，MFCs具有操作上和功能上的优势。首先它将底物直接转化为电能，保证了具有高的能量转化效率。其次，不同于现有的所有生物能处理，MFCs在常温，甚至是低温的环境条件下都能够有效运作。第三，MFC不需要进行废气处理，因为它所产生的废气的主要组分是二氧化碳，一般条件下不具有可再利用的能量。第四，MFCs不需要能量输入，因为仅需通风就可以被动的补充阴极气体。第五，在缺乏电力基础设施的局部地区，MFCs具有广泛应用的潜力，同时也扩大了用来满足我们对能源需求的燃料的多样性。

微生物燃料电池中的代谢

为了衡量细菌的发电能力，控制微生物电子和质子流的代谢途径必须要确定下来。除去底物的影响之外，电池阳极的势能也将决定细菌的代谢。增加MFC的电流会降低阳极电势，导致细菌将电子传递给更具还原性的复合物。因此阳极电势将决定细菌最终电子穿梭的氧化还原电势，同时也决定了代谢的类型。根据阳极势能的不同能够区分一些不同的代谢途径：高氧化还原氧化代谢，中氧化还原到低氧化还原的代谢，以及发酵。因此，目前报道过的MFCs中的生物从好氧型、兼性厌氧型到严格厌氧型的都有分布。

在高阳极电势的情况下，细菌在氧化代谢时能够使用呼吸链。电子及其相伴随的质子传递需要通过NADH脱氢酶、泛醌、辅酶Q或细胞色素。Kim等研究了这条通路的利用情况。他们观察到MFC中电流的产生能够被多种电子呼吸链的抑制剂所阻断。在他们所使用的MFC中，电子传递系统利用NADH脱氢酶，Fe/S（铁/硫）蛋白以及醌作为电子载体，而不使用电子传递链的2号位点或者末端氧化酶。通常观察到，在MFCs的传递过程中需要利用氧化磷酸化作用，导致其能量转化效率高达65%。常见的实例包括假单胞菌（Pseudomonasaeruginosa），微肠球菌（Enterococcusfaecium）以及Rhodoferaxferrireducens。

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Geobactermetallireducens、嗜水气单胞菌（Aeromonashydrophila）以及Rhodoferaxferrireducens。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）。

MFCs中鉴定出的许多发酵性的微生物都具有某一种氢化酶，例如布氏梭菌和微肠球菌。氢化酶可能直接参加了电子向电极的转移过程。最近，这一关于电子传递方法的设想由McKinlay和Zeikus提出，但是它必须结合可移动的氧化穿梭体。它们展示了氢化酶在还原细菌表面的中性红的过程中扮演了某一角色。

细菌可以使用可溶性的组分将电子从一个细胞（内）的化合物转移到电极的表面，同时伴随着这一化合物的氧化。在很多研究中，都向反应器中添加氧化型中间体比如中性红，劳氏紫（thionin）和甲基紫萝碱（viologen）。经验表明这些中间体的添加通常都是很关键的。但是，细菌也能够自己制造这些氧化中间体，通过两种途径：通过制造有机的、可以被可逆的还原化合物（次级代谢物），和通过制造可以被氧化的代谢中间物（初级代谢物）。

第一种途径体现在很多种类的细菌中，例如腐败谢瓦纳拉菌（Shewanellaputrefaciens）以及铜绿假单胞菌（Pseudomonasaeruginosa）。近期的研究表明这些微生物的代谢中间物影响着MFCs的性能，甚至普遍干扰了胞外电子的传递过程。失活铜绿假单胞菌的MFC中的这些与代谢中间体产生相关的基因，可以将产生的电流单独降低到原来的二十分之一。由一种细菌制造的氧化型代谢中间体也能够被其他种类的细菌在向电极传递电子的过程中所利用。

通过第二种途径细菌能够制造还原型的代谢中间体——但还是需要利用初级代谢中间物——使用代谢中间物如Ha或者HgS作为媒介。Schroder等利用E.coliK12产生氢气，并将浸泡在生物反应器中的由聚苯胺保护的铂催化电极处进行再氧化。通过这种方法他们获得了高达1.5mA/cm2（A，安培）的电流密度，这在之前是做不到。相似的，Straub和Schink发表了利用Sulfurospirillumdeleyianum将硫还原至硫化物，然后再由铁重氧化为氧化程度更高的中间物。评价MFCs性能的参数

使用微生物燃料电池产生的功率大小依赖于生物和电化学这两方面的过程。

底物转化的速率

受到如下因素的影响，包括细菌细胞的总量，反应器中混合和质量传递的现象，细菌的动力学（p-max——细菌的种属特异性最大生长速率，Ks——细菌对于底物的亲和常数），生物量的有机负荷速率（每天每克生物量中的底物克数），质子转运中的质子跨膜效率，以及MFC的总电势。

阳极的超极化

一般而言，测量MFCs的开放电路电势（OCP）的值从750mV~798mV。影响超极化的参数包括电极表面，电极的电化学性质，电极电势，电极动力学以及MFC中电子传递和电流的机制。

阴极的超极化

与在阳极观测到的现象相似，阴极也具有显著的电势损失。为了纠正这一点，一些研究者们使用了赤血盐（hexacyanoferrate）溶液。但是，赤血盐并不是被空气中的氧气完全重氧化的，所以应该认为它是一个电子受体更甚于作为媒介。如果要达到可持续状态，MFC阴极最好是开放性的阴极。

质子跨膜转运的性能

目前大部分的MFCs研究都使用Nafion—质子转换膜（PEMs）。然而，Nafion—膜对于（生物）污染是很敏感的，例如铵。而目前最好的结果来自于使用Ultrex阳离子交换膜。Liu等不用使用膜，而转用碳纸作为隔离物。虽然这样做显著降低了MFC的内在电阻，但是，在有阳极电解液组分存在的情况下，这一类型的隔离物会刺激阴极电极的生长，并且对于阴极的催化剂具有毒性。而且目前尚没有可信的，关于这些碳纸-阴极系统在一段时期而不是短短几天内的稳定性方面的数据。

MFC的内在电阻

这一参数既依赖于电极之间的电解液的电阻值，也决定于膜电阻的阻值（Nafion—具有最低的电阻）。对于最优化的运转条件，阳极和阴极需要尽可能的相互接近。虽然质子的迁移会显著的影响与电阻相关的损失，但是充分的混合将使这些损失最小化。

性能的相关数据

在平均阳极表面的功率和平均MFC反应器容积单位的功率之间，存在着明显的差异。表2提供了目前为止报道过的与MFCs相关的最重要的的结果。大部分的研究结果都以电极表面的mA/m以及mW/m2两种形式表示功率输出的值，是根据传统的催化燃料电池的描述格式衍生而来的。其中后一种格式对于描述化学燃料电池而言可能已经是充分的，但是MFCs与化学燃料电池具有本质上的差异，因为它所使用的催化剂（细菌）具有特殊的条件要求，并且占据了反应器定的体积，因此减少了其中的自由空间和孔隙的大小。每一个研究都参照了以下参数的特定的组合：包括反应器容积、质子交换膜、电解液、有机负荷速率以及阳极表面。但仅从这一点出发要对这些数据作出横向比较很困难。从技术的角度来看，以阳极仓内容积（液体）所产生的瓦特/立方米（Watts/m3）为单位的形式，作为反应器的性能比较的一个基准还是有帮助的。这一单位使我们能够横向比较所有测试过的反应器，而且不仅仅局限于已有的研究，还可以拓展到其它已知的生物转化技术。

此外，在反应器的库仑效率和能量效率之间也存在着显著的差异。库仑效率是基于底物实际传递的电子的总量与理论上底物应该传递的电子的总量之间的比值来计算。能量效率也是电子传递的能量的提示，并结合考虑了电压和电流。如表2中所见，MFC中的电流和功率之间的关系并非总是明确的。需要强调的是在特定电势的条件下电子的传递速率，以及操作参数，譬如电阻的调整。如果综合考虑这些参数的问题的话，必须要确定是最大库仑效率（如对于废水处理）还是最大能量效率（如对于小型电池）才是最终目标。目前观测到的电极表面功率输出从mW/m2~w/m2都有分布。

优化

生物优化提示我们应该选择合适的细菌组合，以及促使细菌适应反应器内优化过的环境条件。虽然对细菌种子的选择将很大程度上决定细菌增殖的速率，但是它并不决定这一过程产生的最终结构。使用混合的厌氧-好氧型淤泥接种，并以葡萄糖作为营养源，可以观察到经过三个月的微生物适应和选择之后，细菌在将底物转换为电流的速率上有7倍的增长。如果提供更大的阳极表面供细菌生长的话，增长会更快。

批处理系统使能够制造可溶性的氧化型中间体的微生物的积累成为了可能。持续的系统性选择能形成生物被膜的种类，它们或者能够直接的生长在电极上，或者能够通过生物被膜的基质使用可移动的穿梭分子来传递电子。

通过向批次处理的阳极中加入可溶性的氧化中间体也能达到技术上的优化：MFCs中加入氧化型代谢中间体能够持续的改善电子传递。对这些代谢中间体的选择到目前为止还仅仅是出于经验性的，而且通常只有低的中间体电势，在数值约为300mV或者还原性更高的时候，才认为是值得考虑的。应该选择那些具有足够高的电势的氧化中间体，才能够使细菌对于电极而言具有足够高的流通速率，同时还需参考是以高库仑效率还是以高能量效率为主要目标。

一些研究工作者们已经开发了改进型的阳极材料，是通过将化学催化剂渗透进原始材料制成的。Park和Zeikus使用锰修饰过的高岭土电极，产生了高达788mW/m2的输出功率。而增加阳极的特殊表面将导致产生更低的电流密度（因此反过来降低了活化超极化）和更多的生物薄膜表面。然而，这种方法存在一个明显的局限，微小的孔洞很容易被被细菌迅速堵塞。被切断食物供应的细菌会死亡，因此在它溶解前反而降低了电极的活化表面。总之，降低活化超极化和内源性电阻值将是影响功率输出的最主要因素。

IVIFC：支柱性核心技术

污物驱动的应用在于能够显著的移除废弃的底物。目前，使用传统的好氧处理时，氧化每千克碳水化合物就需要消耗1kWh的能量。例如，生活污水的处理每立方米需要消耗0.5kWh的能量，折算后在这一项上每人每年需要消耗的能源约为30kWh。为了解决这一问题，需要开发一些技术，特别是针对高强度的废水。在这一领域中常用的是UpflowAnaerobicSludgeBlanket反应器，它产生沼气，特别是在处理浓缩的工业废水时。UASB反应器通常以每立方米反应器每天10~20kg化学需氧量的负荷速率处理高度可降解性的废水，并且具有（带有一个燃烧引擎作为转换器）35%的总电力效率，意味着反应器功率输出为0.5~1kW/m3。它的效率主要决定于燃烧沼气时损失的能量。未来如果发展了比现有的能更有效的氧化沼气的化学染料电池的话，很可能能够获得更高的效率。

能够转化具有积极市场价值的某种定性底物的电池，譬如葡萄糖，将以具有高能量效率作为首要目标。虽然MFCs的功率密度与诸如甲醇驱动的FCs相比是相当低的，但是对于这项技术而言，以底物安全性为代表的多功能性是它的一个重要优势。