抗生素大量使用及持续性排入环境对人体健康和生态安全构成潜在威胁。光合微生物广泛存在于自然水体和废水中,且在废水处理方面具有很大应用潜力。本研究拟通过构建三电极电化学装置,通过控制工作电极电势以电极作为电子受体提取光合微生物的光合代谢电子来刺激光合微生物代谢,以达到强化降解水中抗生素污染物的目的。考虑到自然水体中藻-光合细菌共存的实际情况,分别以光合绿藻(小球藻)和不产氧光合细菌(沼泽红假单胞菌)为模式藻、菌,考察二者共培养条件下控制不同工作电极电势对二者光合电子的提取效能和机理。此外,进一步研究了通过控制工作电极电势提取纯培养沼泽红假单胞菌的光合电子来强化降解氟苯尼考(Florfenicol,FLO)的效能和机理。研究结果如下:利用三电极电化学装置,考察了不同工作电极电势(-0.4、-0.2、0、0.2、0.4 V)对小球藻-沼泽红假单胞菌共培养体系的光合电子提取效能和机理及生物学响应。结果表明:0 V条件下,电极对光合电子提取效率最高,达42.12%,且在该电势下获得最大电流12.2 m A,相比电极电势为-0.4 V(1.5 m A)、-0.2 V(8.06 m A)、0.2 V(4.08m A)和0.4 V(2.6 m A)条件下分别增加了8.07,1.50,2.97和4.65倍。通过扫描电镜(SEM)对不同电极电势下生长在电极表面的生物膜形态观察结果表明,电极电势可以调控小球藻和沼泽红假单胞菌在电极表面覆膜的生物量比,并且在0 V条件下沼泽红假单胞菌优势富集于电极表面。通过共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)进一步观察到在0 V条件下工作电极上的生物膜具有更高的生物活性。此外,在0 V条件下以无机碳源碳酸氢钠作为碳源所获得的最大电流仅为60μA,这相对于以有机碳源乙酸钠作为碳源所获取的最大电流(12.2 m A)可忽略不计。因此0 V电极电势下高的光合电子提取效率主要归因于该电极电势有利于具有高电化学活性的沼泽红假单胞菌的富集及其光合异养代谢电子的提取。在0 V条件下,小球藻光合电子未能被成功提取,而当电极电势分别增大至0.2和0.4 V时,最大电流的获取分别为7和10μA,这说明了小球藻光合电子的提取趋向于应用更高的工作电极电势。此外,当添加苯醌作为电子介体后最大电流的获取提升至110μA,表明小球藻光合电子的提取高度依赖于外源电子介体的存在。小球藻释放的光合氧作为一种电子受体可与电极竞争电子,导致电极提取光合电子数量减少。此外,避光条件下也可通过控制电极电势提取两种光合微生物的呼吸代谢电子,但由于避光条件下光合生物膜代谢活性低,从而导致所获取的最大电流仅有6.4 m A,是光照条件下的47.54%。鉴于以电极作为电子受体能够高效提取沼泽红假单胞菌光合异养代谢电子,进一步研究了通过控制电极电势提取纯培养沼泽红假单胞菌光合异养代谢电子来强化降解水中FLO的效能与机理。结果表明,不同工作电极电势(0、0.2、0.4 V)可通过调节沼泽红假单胞菌光合电子的提取速率来影响沼泽红假单胞菌对FLO的降解。0 V电极电势下FLO的降解率最高(61.55%),分别是0.2 V(35.73%)、0.4 V(43.46%)和开路(43.96%)条件下的1.72、1.42和1.4倍。通过添加碳酸氢钠(2.05 g/L)作为无机碳源FLO的降解率为26.56%,远低于以乙酸钠(1 g/L)作为有机碳源对FLO的去除(降解率为61.55%),这是由于碳酸氢钠不能为沼泽红假单胞菌光合代谢提供电子,从而使得FLO不能通过共代谢降解。这一结果证实了共代谢作用对FLO降解的重要性。通过利用超高效液相色谱-四极飞行时间质谱测定出FLO的降解产物主要为还原脱卤产物,说明沼泽红假单胞菌光合异养代谢过程中FLO共代谢还原脱卤是导致FLO降解的主要原因,且通过该过程可有效消除FLO的抗菌活性。通过考察不同FLO浓度(0、0.5、1和3 mg/L)对电极提取沼泽红假单胞菌光合异养代谢电子的影响,结果发现,环境浓度水平的FLO不会对沼泽红假单胞菌生物膜光电活性造成负面影响,说明利用该技术强化去除环境水中FLO具有很大的应用潜力。此外,研究了不同电极电势下4种FLO抗性基因(flo R、fex A、cfr、fex B)的表达。结果表明,沼泽红假单胞菌光合生物膜中仅检测出flo R抗性基因,且当电极电势从0 V增至0.2 V时,flo R相对丰度稍有增加,而进一步增至0.4 V时,flo R相对丰度明显减少。这说明电极提取沼泽红假单胞菌光合电子可促进flo R抗性基因的表达,但可以通过调节电势减小该基因的表达丰度。