Welche Bakterien geben erntbare Energie aus organischem Material der Wurzelzone ab?
leuchten
Ich habe kürzlich von einer erfolgreichen Anstrengung gehört , die Energie aus dem Boden an den Basen der Pflanzen erntet, da anscheinend Abfälle aus den Pflanzen durch Bakterien abgebaut werden:
Durch Photosynthese produziert eine Pflanze organische Stoffe. Ein Teil dieser organischen Substanz wird für das Pflanzenwachstum verwendet, ein großer Teil kann von der Pflanze jedoch nicht verwendet werden und wird über die Wurzeln in den Boden ausgeschieden. Um die Wurzeln herum bauen natürlich vorkommende Mikroorganismen die organischen Verbindungen ab, um daraus Energie zu gewinnen. Dabei werden Elektronen als Abfallprodukt freigesetzt. Durch Bereitstellen einer Elektrode für die Mikroorganismen, an die sie ihre Elektronen abgeben können, können die Elektronen als Elektrizität geerntet werden. Untersuchungen haben gezeigt, dass das Pflanzenwachstum durch die Stromgewinnung nicht beeinträchtigt wird, sodass die Pflanzen weiter wachsen, während gleichzeitig Strom produziert wird.
Anscheinend gibt es hier mehr Forschung , und dies war besonders interessant ( ein PDF ), da es deutlicher sagt, dass wir tatsächlich über Bakterien sprechen:
Das PlantPower-Konzept basiert auf der Zusammenarbeit von Pflanzen und Mikroorganismen zur In-situ-Stromerzeugung. Pflanzen nehmen Kohlendioxid und Wasser auf und fangen Lichtenergie ein. Diese Energie wird in den chemischen Bindungen der unter Verwendung von Kohlendioxid und Wasser hergestellten Zucker gespeichert. Ein Teil dieser chemisch gespeicherten Energie wird auf die Wurzeln der Pflanzen übertragen. Diese in der Wurzelzone vorhandene Energie kann dann von den sogenannten elektrochemisch aktiven Bakterien eingefangen werden. Diese Organismen sind in der Lage, die in der Wurzelzone vorhandene organische Substanz zu oxidieren und die energiereichen Elektronen auf eine Elektrode zu übertragen. Die von den Elektronen transportierte Energie kann als elektrische Energie genutzt werden, wonach die Elektronen an einer anderen Elektrode mit Sauerstoff zu Wasser reagieren.
Ich möchte diesen Vorgang soweit verstehen, welche Bakterien oder "Mikroorganismus(e)" hier ausgenutzt werden. Es scheint, dass sie den Boden mit einer Art Bakterien ergänzen, das auf diese spezifische Weise wirkt, indem es zusätzliche Elektronen freisetzt, die dann geerntet werden können.
Irgendeine Idee, welche Art von Mikroorganismen oder Bakterien diese Art von Reaktion haben, bei der sie erntbare Energie (und anscheinend CO 2 + H+) freisetzen oder ausscheiden, wenn sie pflanzliche „Ausscheidungen“ (C 6 H 12 O 6 ) verbrauchen?
Nachdem ich ein bisschen mehr gegraben habe, habe ich einige vielleicht interessante Informationen von Wikipedia gefunden :
Was mich hier letztendlich verwirrt, ist, dass die andere zuvor erwähnte Methode nicht wirklich eine bestimmte Pflanzenart hervorhebt und ich daher nicht anders kann, als zu denken, dass es vielleicht einige andere nützlichere Bakterien für dieses Szenario gibt ...
Antworten (1)
Flo
Kurze Antwort
Es ist bekannt, dass eine Vielzahl von Bodenmikroorganismen in der Lage sind, feste Anoden als Elektronenakzeptoren für ihren Stoffwechsel zu verwenden, wodurch ein gewisser elektrischer Strom erzeugt wird. Dazu gehören Geobacter spp., Clostridia und Deltaproteobacteria (1). Ich konnte jedoch keine umfangreiche Liste dieser Mikroben finden. Es ist wahrscheinlich, dass eine große Anzahl dieser Mikroben noch nicht identifiziert ist.
Kürzlich wurde ein Übersichtsartikel über pflanzliche mikrobielle Brennstoffzellen veröffentlicht, der Sie vielleicht interessieren könnte (2).
Lange Antwort
Plant Microbial Fuel Cells sind ein Spezialfall von Microbial Fuel Cells
Das in Ihrer ersten Abbildung dargestellte System wird von der niederländischen Firma Plant-e entwickelt und fällt unter das Konzept der Plant Microbial Fuel Cells (PMFC).
Einfach ausgedrückt ist eine mikrobielle Brennstoffzelle (MFC) ein Gerät, in dem chemische Energie, die in chemischen Bindungen organischer Substrate enthalten ist, durch Mikroben in elektrische Energie umgewandelt wird. Mikroben verbrauchen die organischen Substrate, während sie die Anode als letzten Elektronenakzeptor ihres Stoffwechsels verwenden . Mikroben, die Anoden als Elektronensenken für ihren Stoffwechsel nutzen können, werden Elektrogene genannt .
PMFCs sind ein Sonderfall von MFCs, die sich die Wechselwirkungen zwischen Mikroben und Pflanzen zunutze machen. Organisches Substrat wird den Mikroben direkt von der Pflanze zugeführt und Sie profitieren von zwei Vorteilen: Pflanzenbiomasse und Stromerzeugung.
Komplexe Wechselwirkungen zwischen pflanzlichen und mikrobiellen Gemeinschaften
Wie Sie in Ihrem letzten Satz angemerkt haben, wurde keine bestimmte Pflanzenart genannt. Tatsächlich wurden verschiedene PMFC-Strategien implementiert, basierend auf verschiedenen Pflanzenarten, wie Glyceria maxima oder Oryza sativa (Reis) (2). Die Pflanzenart ist nicht der einzige Schlüsselfaktor für effiziente PMFCs: Auch die Art der organischen Substrate, die Pflanzen den Mikroben zur Verfügung stellen, die Eigenschaften des Bodens, die Eigenschaften der Elektroden und die Art des Inokulums sind entscheidende Faktoren.
Hinsichtlich des mikrobiologischen Aspekts scheinen PMFCs in Reinkultur (Einzelspezies) nicht unbedingt die beste Alternative zu sein. Pflanzen versorgen Mikroben mit einer Vielzahl chemischer Verbindungen, die möglicherweise nicht alle von einer einzigen Art aufgenommen werden. Nur eine gut angepasste mikrobielle Gemeinschaft ist wahrscheinlich in der Lage, alle diese Verbindungen zu nutzen und effiziente Elektrogene einzuschließen. Der Weg von pflanzlichen Produkten zum elektrischen Strom verläuft eher über ein komplexes mikrobielles Nahrungsnetz als über den Stoffwechsel einer einzelnen Spezies. In der Praxis scheinen sich die meisten Studien auf Erde wie Incolum zu verlassen (2).
Also zu Ihrer Eingangsfrage: Wir haben vielleicht noch nicht alle Bodenelektrogene identifiziert. Einige sind jedoch bereits gut bekannt, wie etwa Geobacter sulfurreducens . Wichtig ist jedoch, dass die meisten (P)MFCs-Strategien auf mikrobiellen Gemeinschaften als Ganzes beruhen, in einer „Black-Box“-Weise.
Verweise
Zusammenhang zwischen Biomasse und Radius des Wurzelsystems
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Niobe
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