Vilka bakterier kasta skörbar energi från organiskt rotzoner?

ylluminate

2015-06-11 21:31:57 UTC

view on stackexchange narkive permalink

Jag har nyligen hört talas om en framgångsrik insats som skördar energi från jorden i växternas baser på grund av uppenbarligen bakteriell nedbrytning av avfall från växterna:

Via fotosyntes a anläggningen producerar organiskt material. En del av detta organiska material används för växttillväxt, men en stor del kan inte användas av växten och utsöndras i jorden via rötterna. Runt rötterna bryter naturligt förekommande mikroorganismer ner de organiska föreningarna för att få energi från. I denna process frigörs elektroner som en avfallsprodukt. Genom att tillhandahålla en elektrod för mikroorganismerna att donera sina elektroner till kan elektronerna skördas som elektricitet. Forskning har visat att växttillväxt inte äventyras genom att skörda el, så växter fortsätter att växa medan el produceras samtidigt.

Root energy

Tydligen finns det mer forskning här, och detta var särskilt intressant ( en PDF) eftersom det tydligare framgår att vi verkligen talar om bakterier:

PlantPower-konceptet bygger på samarbete mellan växter och mikroorganismer för att producera in situ-el. Växter tar upp koldioxid och vatten och fångar upp ljusenergi. Denna energi lagras i de kemiska bindningarna av producerade sockerarter med koldioxid och vatten. En del av denna kemiskt lagrade energi överförs till växternas rötter. Denna energi som finns i rotzonen kan sedan fångas upp av de så kallade elektrokemiska aktiva bakterierna. Dessa organismer kan oxidera det organiska materialet som finns i rotzonen och överföra de energirika elektronerna till en elektrod. Energin som bärs av elektronerna kan användas som elektrisk energi, varefter elektronerna reagerar vid en annan elektrod med syre för att bilda vatten.

Jag skulle vilja förstå denna process så långt som vilka bakterier eller "mikroorganismer (ar)" som utnyttjas här. Det verkar som att de kompletterar jorden med någon form av bakterier som verkar på detta specifika sätt att frigöra ytterligare elektroner som sedan kan skördas.

Någon idé om vilken typ av mikroorganismer eller bakterier som har denna typ av reaktion vari de frigör eller utsöndrar skördbar energi (och uppenbarligen CO ₂ + H +) efter konsumtion av växt "utsöndringar" (C ₆ H ₁₂ O ₆)?

Efter att ha gjort lite mer grävning har jag hittat lite, kanske intressant information från Wikipedia:

Wikipedia extract

Det som i slutändan förvirrar mig här är att den andra metoden som nämnts tidigare inte riktigt betonar någon speciell typ av växt och därför kan jag inte låta bli att tro att det finns några andra mer användbara bakterier för detta scenario ...

Geobacter är en bakterie som verkar få stor uppmärksamhet inom utvecklingen av biologiska bränsleceller.

Jag är intresserad av detta. Jag kommer att lägga ner verkligheten i denna plan som antagligen är underförstådd; (problem med bevarande) Övertala stora konservativa organ att byta (politik). Storskaligt jordbruk och omvandling av elektrisk ström. Omvandling av kväveavfall, det kan ersätta industrier som gör ammoniak, därför ersätts Haber-processen. Gräsplantor är mer tillförlitliga men kolonisering av invasiva virusarter som förstör grödor är anledningen till att monokulturen gick mot DDT och bekämpningsmedel, förutom att DDT är en krigsuppfinning. Det är intressant också om svampar skulle kunna leverera

Kort svar

Det är känt att ett stort antal jordmikroorganismer kan använda fasta anoder som elektronacceptor för deras metabolism, vilket skapar viss elektrisk ström. Geobacter spp., Clostridia och Deltaproteobacteria är bland dem (1). Men jag kunde inte hitta någon omfattande lista över dessa mikrober. Det är troligt att ett stort antal av dessa mikrober inte har identifierats ännu.

En recension om växtmikrobiella bränsleceller publicerades nyligen och kan intressera dig (2).

Långt svar

Växtmikrobiella bränsleceller är ett speciellt fall av mikrobiella bränsleceller

Systemet som presenteras i din första figur utvecklas av det holländska företaget som heter Plant-e och faller inom begreppet Plant Microbial Fuel Cells (PMFC).

Enkelt uttryckt är en Microbial Fuel Cell (MFC) en enhet där kemisk energi som finns i kemiska gränser för organiska substrat omvandlas till elektrisk energi av mikrober. Mikrober förbrukar de organiska substraten medan de använder anoden som den sista elektronacceptorn för deras ämnesomsättning . Mikrober som kan använda anoder som elektronsänkor för deras ämnesomsättning kallas elektrogener strong.

PMFC är ett speciellt fall av MFC, som utnyttjar interaktioner mellan mikrober och växter. Organiskt substrat levereras till mikrober direkt av anläggningen och du får två fördelar: växtbiomassa och elproduktion.

Komplexa interaktioner mellan växt- och mikrobiella samhällen

Som du noterade i din sista mening citerades ingen speciell växtart. Faktiskt implementerades olika PMFC-strategier, baserade på olika arter av växter, såsom Glyceria maxima eller Oryza sativa (ris) (2). Växtarten är inte den enda nyckelfaktorn för effektiva PMFC: arten av de organiska substraten som växter tillhandahåller till mikrober, markens egenskaper, elektrodernas egenskaper och inokulatets natur är också avgörande faktorer.

När det gäller den mikrobiologiska aspekten verkar det som om PMFC för ren kultur (enstaka arter) inte nödvändigtvis är det bästa alternativet. Växter förser mikrober med en mängd olika kemiska föreningar, som kanske inte alla konsumeras av en enda art. Endast en väl anpassad mikrobiell gemenskap kommer sannolikt att kunna dra nytta av alla dessa föreningar och för att inkludera effektiva elektrogener. Vägen från växtprodukter till elektrisk ström är mer sannolikt att vara en komplex mikrobiell matväv snarare än en enskild arts metabolism. I praktiken verkar de flesta studier förlita sig lika jord som incolum (2).

Så vad gäller din första fråga: vi kanske inte har identifierat alla jordelektrogener ännu. Flera är emellertid redan välkända, såsom Geobacter sulfurucens . Men det som är viktigt är att de flesta (P) MFC-strategier förlitar sig på mikrobiella samhällen som helhet, på ett "svart låda" -sätt.

Referenser