廣東省科學院生態環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氫機制方面取得新進展。近日，相關成果先后發表于《化學工程雜志》和《環境化學工程學報》。
電能互營是微生物間一種特殊的協同（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環境中都有發現，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，對于推動可持續發展和解決環境問題具有重要意義。
呼吸型產電地桿菌電能互營發酵型弱電巴氏梭菌促進其產氫代謝示意圖。受訪者供圖
該研究成功建立了呼吸型產電硫還原地桿菌與發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酵產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，共培養體系中產氫速率和產量分別提高了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，顯著增強了產氫代謝。
除了電能微生物以外，自然環境中以水鐵礦為代表的含鐵礦物也具有促進微生物產氫的能力。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%），促進了氫氣的產生（37%）。
上述研究為開發更有效的氫氣生產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同行為提供了重要線索，對于推動可再生能源技術的發展具有重要的意義。
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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