廣東省科學院生態(tài)環(huán)境與土壤研究所研究員劉芳華團隊在電能微生物和水鐵礦促進產(chǎn)氫機制方面取得新進展。近日，相關成果先后發(fā)表于《化學工程雜志》和《環(huán)境化學工程學報》。
電能互營是微生物間一種特殊的協(xié)同（共生）關系，不同微生物之間通過直接種間電子傳遞來實現(xiàn)能量和電子的交換。目前，微生物間電能互營共生在許多生態(tài)環(huán)境中都有發(fā)現(xiàn)，包括水體、土壤和消化道等。因此，深入理解微生物間電能互營共生的機制和應用潛力，對于推動可持續(xù)發(fā)展和解決環(huán)境問題具有重要意義。
呼吸型產(chǎn)電地桿菌電能互營發(fā)酵型弱電巴氏梭菌促進其產(chǎn)氫代謝示意圖。受訪者供圖
該研究成功建立了呼吸型產(chǎn)電硫還原地桿菌與發(fā)酵型電營巴氏梭菌之間的電能互營共生模型。在電能互營體系中，巴氏梭菌通過將葡萄糖發(fā)酵產(chǎn)生的乙酸作為電子供體提供給硫還原地桿菌，而后者將氧化乙酸產(chǎn)生的電子傳遞給巴氏梭菌，通過纖毛或直接接觸介導的直接電子傳遞建立電能互營關系。相較于自培養(yǎng)，共培養(yǎng)體系中產(chǎn)氫速率和產(chǎn)量分別提高了122.2%和28.92%，底物轉化效率增加了50.6%。電能互營改變了巴氏梭菌的代謝途徑，顯著增強了產(chǎn)氫代謝。
除了電能微生物以外，自然環(huán)境中以水鐵礦為代表的含鐵礦物也具有促進微生物產(chǎn)氫的能力。在海洋沉積物富集物中，微生物還原水鐵礦的速率達到了0.063 mmol/h。水鐵礦的還原過程，釋放了OH+和Fe2+，緩沖了反應體系中因有機酸累積導致的pH值下降，提高了葡萄糖轉化率（80%），增強了細菌生長（47%），促進了氫氣的產(chǎn)生（37%）。
上述研究為開發(fā)更有效的氫氣生產(chǎn)技術提供了新的思路和可能，同時也為深入理解微生物間的電子傳遞和協(xié)同行為提供了重要線索，對于推動可再生能源技術的發(fā)展具有重要的意義。
相關論文信息：
https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.141069
https://doi.org/10.1016/j.jece.2023.110922
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