微生物燃料电池(Microbial fuel cells，MFCs)是利用产电菌将有机物中的化学能转换成电能的一种新型技术。由于其具有污染物降解、能源回收及生物传感等应用价值，且结构简单、价格低廉，得到了研究者们的广泛关注。近年来，研究者们对MFCs反应器构型、运行参数、电极材料优化以及微生物电子传递机理进行了大量且深入的研究，但还没有深入探讨产电生物膜电活性对MFCs产电及传感性能的影响。因此，本文分别采用细胞表面修饰及群体感应手段调控生物膜的胞外电子传递能力、生物量、代谢活性、群落结构，探究产电生物膜电活性对MFCs产电及传感性能的影响。本文主要研究内容和研究结果包括：
　　(1)通过细胞表面修饰调控生物膜胞外电子传递能力及生物量，探究产电生物膜电活性对MFCs产电的影响。在产电菌ShewanellaoneidensisMR-1表面修饰导电聚合物聚吡咯和高粘附性的聚多巴胺，并采用荧光光谱分析法及电子显微镜表征聚合物修饰对产电菌代谢活性及表面形态的影响。经聚多巴胺和聚吡咯双重修饰之后，MFCs的电荷转移内阻明显低于仅聚吡咯修饰产电菌构建的MFCs和未修饰菌MFCs，且聚多巴胺和聚吡咯的修饰将MFCs反应器的最高输出电压和最大功率密度分别提升至未修饰菌MFCs的4.6倍和11.8倍。采用循环伏安法、高效液相色谱法、阳极生物量表征手段深入分析聚合物修饰对MFCs产电性能影响机理，结果表明聚吡咯的修饰显著提升了ShewanellaoneidensisMR-1的直接电子传递能力，而聚多巴胺的修饰增大了阳极表面微生物附着量，能够进一步发挥了聚吡咯对产电菌胞外电子传递能力的促进作用。本文采用功能性聚合物对产电菌进行改性，探究了产电生物膜电活性对MFCs产电性能的直接影响，为今后MFCs在产电领域的研究提供了一种新思路。
　　(2)通过群体感应机制调控产电生物膜代谢活性及产电菌比例，探究产电生物膜电活性对MFCs传感性能的影响。选取电化学性能较佳且表面光滑平整的石墨板作为阳极材料，构建具有不同电活性的产电生物膜用于MFCs传感。电化学分析结果表明，增强的群体感应有利于构建氧化还原电活性更高、电荷转移内阻更小的生物膜。通过对阳极产电生物膜三维代谢活性结构分析以及群落结构分析，表明增强的群体感应使阳极生物膜获得更高的活细胞比例及Geobacter丰度。对比不同电活性产电生物膜的传感性能，高电活性生物膜对0.1mg/L-5mg/LPb2+具有更佳的浓度-响应线性拟合度，且高电活性生物膜具有更强的抗环境冲击能力，能够在10mg/LCu2+刺激后迅速恢复其产电性能。高电活性生物膜在受到高浓度Cu2+刺激后，生物膜中仍具有可观比例的活性产电菌，而低电活性生物膜基本失去活性，这也解释了低电活性生物膜MFCs反应器抗毒性冲击性能差的根本原因。本文找到了一种简单有效的方法来调控生物膜电活性，验证了生物膜内在电活性对MFC传感器性能的直接影响，为后续MFCs研究提供了理论基础。