根据其由初级生产者、初级分解者和终端消费者组成的基本特征，设计构建了一个由初级生产者（蓝藻）﹑初级分解者（大肠杆菌）和终端消费者（希瓦氏菌和地杆菌）构成的四菌微生物组，并证明四菌微生物组在系统内阻﹑最大功率密度和稳定性等方面最优，说明保持完整三级生态结构可实现高效生物光电转化。
进一步地，针对蓝藻光合放氧与异养微生物厌氧产电之间存在的矛盾，研究人员阻断了大肠杆菌和希瓦氏菌的好氧呼吸途径，并开发了具有隔氧性能的导电水凝胶，将大肠杆菌、希瓦氏菌和地杆菌封装起来，形成能够隔氧且能进行电子传递的人工沉积层。将人工沉积层与含有蓝藻的水柱层组装在一起，最终制造出一体化的生物太阳能电池，可以直接将光能转化为电能，并稳定运行1个月以上（图1）。
该生物太阳能电池模拟了海洋电池的基本物理结构和生态结构，但时空尺度显著压缩，可以视为一个小型化的仿生海洋电池（图2）。仿生海洋电池不仅将生物光伏效率提高到一个新的水平，为开发高效稳定的生物太阳能电池提供了新的路径，也进一步展现了合成生态学的生物技术潜力。
该研究题为“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华伟为论文第一作者，中科院微生物研究所李寅和张延平、中科院天津工业生物技术研究所张学礼和朱之光﹑以及中科院青岛生物能源与过程研究所吕雪峰为共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金﹑中国科学院B类先导科技专项培育项目、中国科学院重点部署项目﹑中国科学院洁净能源创新研究院合作基金﹑博士后创新人才支持计划等项目的资助。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-33358-x
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