توليد الكتريسيته در پيل سوختي ميكروبي دومحفظه اي توسط باكتري شِوانلا اگزوالكتروژنيك جداشده از رسوبات بستر درياي مازندران

Electricity production in two-chamber microbial fuel cells using exoelectrogenic Shewanella sp. isolated from sediments of the Caspian Sea

پيل سوختي ميكروبي، سيستم بيوالكتروشيميايي است كه انرژي موجود در تركيبات آلي را از طريق عملكرد كاتاليسيتي ميكروارگانيسم ها در شرايط بي هوازي به انرژي الكتريكي تبديل مي كند. جداسازي و بررسي مشخصات باكتري شوانلا از رسوبات بستر درياي مازندران و نيز بررسي توانايي توليد الكتريسيته از اهداف پژوهش حاضر بود. نمونه هاي جمع آوري شده از رسوبات بستر دريا به محيط كشت كليگلرآگار منتقل شد و كلني هاي سياه رنگ جداسازي شد. پس از شناسايي جدايه ها توانايي توليد الكتريسيته ارزيابي شد. پيل سوختي ميكروبي دومحفظه اي طراحي گرديد و جدايه منتخب به محفظه آند حاوي محيط كشت LB تلقيح شد. از رسوبات بستر درياي مازندران، باكتري احيا كننده سولفات جداسازي شد و با عنوان جدايه ME1 نامگذاري شد. نتايج بررسي مشخصات مرفولوژيكي و فيزيولوژيكي جدايه ME1، نشان داد اين باكتري متعلق به جنس شِوانلا بود. همچنين بررسي توالي ژن 16S rRNA و رسم درخت فيلوژني نشان داد كه جدايه ME1 داراي 38/96 درصد هومولوژي با شِوانلا زيامِننسيس (Shewanella xiamenensis) بود. نتايج نشان داد كه باكتري جداشده توانايي توليد الكتريسيته در پيل سوختي ميكروبي را داشت. همچنين نتايج مطالعات حاضر نشان داد كه جدايه ME1 توانايي توليد الكتريسيته با ولتاژ ثابت مدار باز 765 ميلي ولت را داشت. بيشترين چگالي توان و جريان به ترتيب 817/140 ميلي وات بر مترمربع و 5/395 ميلي آمپر بر متر مربع سنجيده شد. نتايج تحقيق حاضر نشان داد كه شوانلاME1 جداشده از رسوبات بستر درياي مازندران، توانايي توليد الكتريسيته در پيل سوختي ميكروبي را داشت. اين جدايه مي تواند براي توليد همزمان الكتريسيته در سيستم هاي تصفيه پساب، معرفي شود.

A microbial fuel cell is a bioelectrochemical system that converts chemical energy in organic compounds to electrical energy through catalytic reactions of microorganisms under anaerobic conditions. Isolation and characterization of Shewanella sp. from sediments of the Caspian Sea and investigation of its ability to produce electricity were the aims of this study. Samples collected from the sea sediments were cultured in Kligler agar. After incubation at 30 °C, black colonies were selected. After identification of isolates based on morphology, physiology and molecular characteristics, one was chosen and its ability to produce electricity was evaluated. A two-chamber microbial fuel cell was designed and the selected isolate ME1 was inoculated into the anode chamber containing the LB medium. The neutral red was used as an intermediate electron transport and electrodes were made of graphite. A sulfate reducing bacterium was isolated from sediments of the Caspian Sea and named as isolate ME1. The results of morphological and physiological characteristics of ME1 showed that this bacterium belonged to the Shewanella sp. Moreover, 16S rRNA sequencing and phylogenetic analyses exhibited that ME1 was similar to Shewanella seohaensis with 98.87% homology. The results demonstrated that the isolated bacterium was able to produce electricity in a microbial fuel cell. In addition, the results of current studies showed that the isolate ME1 had the ability to produce electricity with a constant open circuit voltage of 765 mV. A maximum power density and a maximum current density were evaluated at 140.817 mW m-2 and 395.50 mA m-2, respectively. The results of this study revealed that the Shewanella sp. ME1 isolated from sediments of the Caspian Sea had the ability to produce electricity in microbial fuel cells. This isolate could be a candidate for the production of electricity in wastewater treatment systems.