二十一世纪全球面临的能源短缺与环境污染问题已日益严重，亟需找到新的方法寻求解决，而微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell，MFC)技术可以将这两大难题结合起来解决。MFC技术是一类通过产电细菌的代谢活动将从底物（生物质）中蕴藏的化学能转化为电能的装置，它构造简单、原料广泛、成本低廉，越来越得到全球科学家的广泛关注。但其输出功率很低、不稳定，离实际应用还有很大差距。目前最可能在短期内投入实际应用的是沉积型微生物燃料电池(Sediment Microbial Fuel Cell，SMFC)。它结构简单、原料成本低廉、接近自然水体，可以应用于驱动偏远海域中的低能耗传感器、湖泊底泥修复等。国外已有一些利用海洋、淡水湖泊底泥构建的SMFC的报道，而我国在这方面起步较晚，相关SMFC的报道非常少，研究不深入，所采用的微生物多是从国外购买的纯培养菌株，对产电菌种的筛选和鉴定研究甚少。　　 传统的微生物培养法只能反映极少数微生物的信息，不能充分了解环境中微生物的生态功能，也无法全面地估价其中微生物群体的多样性。现代分子生物学技术在生态学研究中的应用大大推动了微生物生态学的发展，弥补了经典微生物技术在生物多样性研究中引起的种群丢失、种群结构不清等局限性，使人们可以避开传统的分离培养过程而直接探讨自然界中微生物的种群结构及其与环境的关系，可以更可靠、更直接地反映微生物多样性在生态系统中原始构成情况。　　 本论文基于建立一个沉积物燃料电池系统，模拟淡水湖泊底泥，研究其产电性能，分析菌群结构组成、变化，探讨对产电性能的影响。正文部分的前两章成功构建了一个沉积物燃料电池SMFC，第三、四章确定应用于SMFC菌群分析的分子生物学方法，并对其菌群进行分析研究，第五章从SMFC阳极表面分离出五株纯菌，进行菌种鉴定，并研究其产电性能，分析其对SMFC产电的影响。主要的研究内容有:　　 (1)构建并启动SMFC装置，为风涡轮供电驱动其转动。确定SMFC的构型和材料，搭建装置;启动并记录SMFC产电情况，正常运行数月，记录了其产电特性。SMFC在启动后近20天时，系统趋向稳定，在33天后达到最高电压290mV，功率密度可达到10.42 mW/m2。　　 (2)确定微生物群落研究的方法，包括取样、提取DNA、聚合酶链式反应(Polymerase Chain Reaction，PCR)扩增、变性梯度凝胶电泳(Denaturing Gradient Electrophoresis，DGGE)检测等实验参数和具体方法。确定了选取SMFC中6个不同位置的样本Y1:阴极，Y2:阳极，Y3:水，Y4:浅层泥样(距泥层表面约2cm)，Y5:深层泥样(距泥层表面约5cm)，Y6:鱼缸滤网部位的泥样。提取基因组DNA，PCR扩增16S rDNA的V3区片段，用8％(w/v)1.5mm厚的聚丙烯酰胺凝胶，线性浓度梯度为35％-65％，电泳75V60℃18h分离相同长度的不同DNA片段。　　 (3)用上述方法研究本SMFC系统中微生物群落的特性，探讨微生物群落的构成、变化和产电机制。SMFC中不同位置样本的微生物种类具有明显差异性，相似度在0.51-0.87之间，其中水样和浅层泥样中微生物最接近相似度为0.87，而滤网处的微生物与其他位置样本的微生物差异最大。此外，从样本的DGGE凝胶中回收出5个特异条带，经过测序，序列与GenBank中已登录的已知细菌的同源性≥98％，可知Pseudomonas geniculata strain CH-X弯曲假单胞菌(Z1)和木糖氧化无色杆菌Achromobacter xylosoxidans strain NSBx.33(HE2)(Z2)是阴极上的微生物，Bacillus amyloliquefaciens strain HR62解淀粉芽孢杆菌(Z3)是阳极上的微生物，Acinetobacter sp.Bap30不动杆菌(B3)是滤网泥样上的微生物，Lactobacillus acetotolerans耐酸乳杆菌(Ll)是水样中的微生物。　　 (4)从SMFC阳极表面的沉积物中分离出五株纯菌，进行了种属鉴定、比对可知分别属于Stenotrophomonas maltophilia嗜麦芽寡养单胞菌，Achromobacter xylosoxidans木糖氧化无色杆菌，Bacillus subtilis strain CJ-H-TSA1枯草芽孢杆菌，Acinetobacter calcoaceticus醋酸钙不动杆菌，Beta proteobacterium TB9β-变形菌。再用单腔三电极电化学装置研究这五株纯菌的产电能力，与已知的产电细菌shewanella loihica PV-4进行比较，分析其产电性能，探讨其对沉积物燃料电池产电的影响。这几株细菌具有一定的产电能力，可以利用电子介体（硫堇）传递电子，推测其对SMFC产电起辅助作用。其中菌株Beta proteobacterium TB9（β-变形菌TB9）在本实验条件下利用电子介体硫堇可具有比Shewanella loihica PV-4更好的产电性能。