研究团队实现富氧水环境低浓度BOD快速检测

南开大学环境科学与工程学院的研究人员介绍了一种利用兼性细菌电养和异养途径的竞争性转换实现生化需氧量(BOD)快速测量的新策略。该研究结果以“电养呼吸和异养呼吸的切换使富氧环境中低浓度 BOD 的生物监测成为可能”为题 发表在Water Research上。

研究团队历时五年从微生物电活性生物膜(EABs)中分离得到一株兼具电养和异养呼吸作用的威尼斯不动杆菌RAG-1菌株。研究结果表明，这种细菌可以在没有可降解有机碳源的情况下用极化石墨电极进行呼吸，此时产生的电流可以作为传感器的基线。

当水中存在可降解污染物时，RAG-1 会迅速切换到异养呼吸，导致电流降低。当前值的下降与有机污染物的浓度成正比。基于此，研究团队研发出新型生物阴极BOD传感器，对有机酸、糖类、蛋白质、腐殖酸等常见污染物，以及低浓度生活污水、湖泊沉积物等混合物均有线性响应. 实现对富氧低BOD水体的灵敏监测，检测时间小于3小时。

本研究进一步解释了兼性电养菌代谢途径的转换机制及其对污染环境的适应性和恢复能力。基于这一新原理，研究团队将开发更多的电养-异养微生物作为传感元件，以支持复杂环境场景下的BOD快速监测。该技术有望应用于水产养殖水质调控、再生水水质监测等领域。