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根據(jù)其由初級生產(chǎn)者、初級分解者和終端消費者組成的基本特征，設(shè)計構(gòu)建了一個由初級生產(chǎn)者（藍藻）﹑初級分解者（大腸桿菌）和終端消費者（希瓦氏菌和地桿菌）構(gòu)成的四菌微生物組，并證明四菌微生物組在系統(tǒng)內(nèi)阻﹑最大功率密度和穩(wěn)定性等方面最優(yōu)，說明保持完整三級生態(tài)結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)高效生物光電轉(zhuǎn)化。

進一步地，針對藍藻光合放氧與異養(yǎng)微生物厭氧產(chǎn)電之間存在的矛盾，研究人員阻斷了大腸桿菌和希瓦氏菌的好氧呼吸途徑，并開發(fā)了具有隔氧性能的導(dǎo)電水凝膠，將大腸桿菌、希瓦氏菌和地桿菌封裝起來，形成能夠隔氧且能進行電子傳遞的人工沉積層。將人工沉積層與含有藍藻的水柱層組裝在一起，最終制造出一體化的生物太陽能電池，可以直接將光能轉(zhuǎn)化為電能，并穩(wěn)定運行1個月以上（圖1）。

該生物太陽能電池模擬了海洋電池的基本物理結(jié)構(gòu)和生態(tài)結(jié)構(gòu)，但時空尺度顯著壓縮，可以視為一個小型化的仿生海洋電池（圖2）。仿生海洋電池不僅將生物光伏效率提高到一個新的水平，為開發(fā)高效穩(wěn)定的生物太陽能電池提供了新的路徑，也進一步展現(xiàn)了合成生態(tài)學(xué)的生物技術(shù)潛力。

該研究題為“A miniaturized bionic ocean-battery mimicking the structure of marine microbial ecosystems”，中科院微生物研究所博士后朱華偉為論文第一作者，中科院微生物研究所李寅和張延平、中科院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所張學(xué)禮和朱之光﹑以及中科院青島生物能源與過程研究所呂雪峰為共同通訊作者。該研究得到國家自然科學(xué)基金﹑中國科學(xué)院B類先導(dǎo)科技專項培育項目、中國科學(xué)院重點部署項目﹑中國科學(xué)院潔凈能源創(chuàng)新研究院合作基金﹑博士后創(chuàng)新人才支持計劃等項目的資助。

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-33358-x