ЭЛЕКТРОГЕНЕЗ В КОРНЕОБИТАЕМОЙ СРЕДЕ РАЗЛИЧНЫХ СОРТОВ САЛАТА

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Биоэлектрохимические системы на основе электроактивных процессов в корнеобитаемой среде растений являются перспективным направлением совмещенного производства зеленой электроэнергии и растительной продукции. В работе исследованы динамики формирования разности потенциалов в корнеобитаемой среде, индексы диффузного отражения листьев, параметры флуоресценции, морфометрические и биохимические характеристики салата сортов Китайский курчавый, Китайский красно-зеленый, Балет, Кокарда, Меркурий, Дубрава, Робин и гибрида F1 Solos. Максимальная разность потенциалов – 430 мВ была характерна для сорта Меркурий, а минимальная – 352 мВ – для сорта Китайский курчавый. По сумме параметров, в дополнение к электрическим, включающих морфометрические, биохимические и фотосинтетические характеристики, лучшим был салат сорта Балет. В перспективе на основе полученных данных возможно создание агрофитоценозов, включающих растения, способные к высокой и стабильной генерации электроэнергии наряду с большой продуктивностью и хорошим качеством получаемой растительной продукции за счет эффективного усвоения и преобразования энергии света.

Об авторах

Т. Э Кулешова

Агрофизический научно-исследовательский институт

Email: www.piter.ru@bk.ru
Гражданский просп., 14, Санкт-Петербург, 195220, Россия

З. А Гасиева

Агрофизический научно-исследовательский институт

Гражданский просп., 14, Санкт-Петербург, 195220, Россия

Д. В Русаков

Агрофизический научно-исследовательский институт

Гражданский просп., 14, Санкт-Петербург, 195220, Россия

А. С Галушко

Агрофизический научно-исследовательский институт

Гражданский просп., 14, Санкт-Петербург, 195220, Россия

Г. Г Панова

Агрофизический научно-исследовательский институт

Гражданский просп., 14, Санкт-Петербург, 195220, Россия

Список литературы

  1. Sayed E. T., Abdelkareem M. A., Obaideen K.,Elsaid K., Wilberforce T., Maghrabie H. M., and Olabi A. G. Progress in plant-based bioelectrochemical systems and their connection with sustainable development goals. Carbon Resources Conversion, 4, 169–183 (2021). doi: 10.1016/j.crcon.2021.04.004
  2. Logan B. E. Microbial fuel cell (John Wiley & Sons, 2008).
  3. Pant D., Singh A., Van Bogaert G., Olsen S. I., NigamP. S., Diels L., and Vanbroekhoven K. Bioelectrochemical systems (BES) for sustainable energy production and product recovery from organic wastes and industrial wastewaters. RSC Advances, 2 (4), 1248–1263 (2012). doi: 10.1039/C1RA00839K
  4. Li X., Abu-Reesh I. M., and He Z. Development ofbioelectrochemical systems to promote sustainable agriculture. Agriculture, 5 (3), 367–388 (2015). doi: 10.3390/agriculture5030367
  5. Strik D. P., Hamelers H. V. M., Snel J. F., andBuisman C. J. Green electricity production with living plants and bacteria in a fuel cell. Int. J. Energy Res., 32 (9), 870–876 (2008). doi: 10.1002/er.1397
  6. Gul M. M. and Ahmad K. S. Bioelectrochemical systems: sustainable bio-energy powerhouses. Biosensors and Bioelectronics, 142, 111576 (2019). doi: 10.1016/j.bios.2019.111576
  7. Wang S., Adekunle A., and Raghavan V. Exploring theintegration of bioelectrochemical systems and hydroponics: Possibilities, challenges, and innovations, J. Cleaner Prod., 366, 132855 (2022). doi: 10.1016/j.jclepro.2022.132855
  8. Yan X., Wang Z., Huang L., Wang C., Hou R., Xu Z.,and Qiao X. Research progress on electrical signals in higher plants, Progr. Natural Sci. 19 (5), 531 (2009). doi: 10.1016/j.pnsc.2008.08.009
  9. Dziubinska H., Trebacz K., and Zawadski T. The effectof excitation on the rate of respiration in the liverwort Conocephalum conicum. Physiologia Plantarum, 75, 417–423 (1989). doi: 10.1111/J.1399-3054.1989. TB04648.X
  10. Davies E., Zawadzki T., and Witters D. Electrical activity and signal transmission in plants: how do plants know. In: Plant signaling, plasma membrane and change of state, Ed. by C. Penel and H. Greppin (University of Geneva Press, Geneva, Switzerland), pp. 119–137 (1991).
  11. Pickard B. G. Action potentials in higher plants. Botan. Rev., 39, 172–201 (1973).
  12. Maffei M. and Bossi S. Electrophysiology and plant responses to biotic stress. In: Plant electrophysiology: theory and methods, Ed. by A. G. Volkov (Springer, Berlin, Heidelberg, 2006), pp. 461–481. doi: 10.1007/978-3540-37843-3_20
  13. Медведев С. С. Электрофизиология растений (Издво СпбГУ., СПб., 1998).
  14. Опритов В. А. Проблемы и перспективы изучения биоэлектрогенеза у высших растений. Вестн. Нижегородского ун-та им. Н.И. Лобачевского (Материалы выездной сессии ОФР РАН по проблемам биоэлектрогенеза и адаптации у растений (2000 г.), б/н, 7–10 (2001).
  15. Пятыгин С. С. Распространяющиеся электрические сигналы в растениях. Цитология, 50 (2), 154–159 (2008).
  16. Опритов В. А., Тятыгин С. С. и Ретивин В. Г. Биоэлектрогенез у высших растений (Наука, М., 1991).
  17. Tazawa M. and Shimmen T. How characean cells have contributed to the progress of plant membrane biophysics. Functional Plant Biol., 28 (7), 523–529 (2001). doi: 10.1071/PP01027
  18. Fromm J. and Spanswick R. Characteristics of action potentials in willow (Salix viminalis L.). J. Exp. Botany, 44 (7), 1119–1125 (1993). doi: 10.1093/jxb/44.7.1119
  19. Пятыгин С. С., Воденеев В. А. и Опритов В. А. Сопряжение генерации потенциала действия в клетках растений с метаболизмом: современное понимание проблемы. Успехи соврем. биологии, 125 (5), 520–528 (2005).
  20. Oyarce P. and Gurovich L. Electrical signals in avocadotrees: Responses to light and water availability conditions. Plant Signaling & Behavior, 5 (1), 34–41 (2010). doi: 10.4161/psb.5.1.10157
  21. Volkov A. G., Dunkley T. C., Morgan S. A., Ruff II D.,Boyce Y. L., and Labady A. J. Bioelectrochemical signaling in green plants induced by photosensory systems. Bioelectrochemistry, 63 (1–2), 91–94 (2004). doi: 10.1016/j.bioelechem.2003.09.025
  22. Bentrup F.-W. Cellular polarity. In Cellular Interactions, Ed. by H. F. Linskens and J. Heslop-Harrison (Springer-Verlag, Berlin, 1984), pp. 473–490.
  23. Kabutey F. T., Zhao Q., Wei L., Ding J., Antwi P., Quashie F. K., and Wang W. An overview of plant microbial fuel cells (PMFCs): Configurations and applications. Renew. Sustain. Energy Rev., 110, 402–414 (2019). doi: 10.1016/j.rser.2019.05.016
  24. Choudhury P., Prasad Uday U. S., Bandyopadhyay T. K.,Ray R. N., and Bhunia B. Performance improvement of microbial fuel cell (MFC) using suitable electrode and Bioengineered organisms: A review. Bioengineered, 8 (5), 471–487 (2017). doi: 10.1080/21655979. 2016.1267883
  25. Sarma P. J. and Mohanty K. Epipremnum aureum and Dracaena braunii as indoor plants for enhanced bioelectricity generation in a plant microbial fuel cell with electrochemically modified carbon fiber brush anode. J. Biosci. Bioeng., 126, 404–410 (2018). doi: 10.1016/j.jbiosc.2018.03.009
  26. Regmi R., Nitisoravut R., and Ketchaimongkol J. A decade of plant-assisted microbial fuel cells: looking back and moving forward. Biofuels, 9, 605–612 (2018). doi: 10.1080/17597269.2018.1432272
  27. Kaku N., Yonezawa N., Kodama Y., and Watanabe K.Plant/microbe cooperation for electricity generation in a rice paddy field. Appl. Microbiol. Biotechnol., 79, 43– 49 (2008). doi: 10.1007/s00253-008-1410-9
  28. Sudirjo E., Buisman C. J., and Strik D. P. Activatedcarbon mixed with marine sediment is suitable as bioanode material for Spartina anglica sediment/plant microbial fuel cell: plant growth, electricity generation, and spatial microbial community diversity. Water, 11 (9), 1810 (2019). doi: 10.3390/w11091810
  29. Apollon W., Kamaraj S. K., Silos-Espino H., PeralesSegovia C., Valera-Montero L. L., MaldonadoRuelas V. A., Vazquez-Gutierrez M. A., Ortiz-Medina R. A., Flores-Benitez S., and Gomez-Leyva J. F. Impact of Opuntia species plant bio-battery in a semiarid environment: demonstration of their applications. Appl. Energy, 279, 115788 (2020). doi: 10.1016/j.apenergy.2020.115788
  30. Schievano A., Colombo A., Grattieri M., Trasatti S. P.,Liberale A., Tremolada P., Pino C., and Cristiani P. Floating microbial fuel cells as energy harvesters for signal transmission from natural water bodies. J. Power Sources, 340, 80–88 (2017). doi: 10.1016/j.jpowsour.2016.11.037
  31. Osorio-de-la-Rosa E., Vazquez-Castillo J., CastilloAtoche A., Heredia-Lozano J., Castillo-Atoche A., Becerra-Nuñez G., and Barbosa, R. Arrays of plant microbial fuel cells for implementing self-sustainable wireless sensor networks. IEEE Sensors J., 21 (2), 1965–1974 (2021). doi: 10.1109/JSEN.2020.3019986
  32. Jung S., Lee J., Park Y. K., and Kwon E. E. Bioelectrochemical systems for a circular bioeconomy. Bioresource Technol., 300, 122748 (2020). doi: 10.1016/j.biortech.2020.122748
  33. Панова Г. Г., Удалова О. Р., Канаш Е. В., Галушко А. С., Кочетов А. А., Прияткин Н. С., Архипов М. В. и Черноусов И. Н. Основы физического моделирования «идеальных» агроэкосистем. Журн. техн. физики, 90 (10), 1633–1639 (2020). doi: 10.21883/JTF.2020.10.49792.429-19
  34. Кулешова Т. Э., Бушлякова А. В. и Галль Н. Р. Неинвазивное измерение биоэлектрических потенциалов растений. Письма в Журн. техн. физики, 45 (5), 6–8 (2019). doi: 10.21883/PJTF.2019.05. 47387.17541
  35. Чесноков Ю. В., Канаш Е. В., Мирская Г. В., Кочерина Н. В., Русаков Д. В., Ловассер У. и Бёрнер А. Картирование QTL индексов диффузного отражения листьев яровой гексаплоидной пшеницы (Triticum aestivum L.). Физиология растений, 66 (1), 46–57 (2019).
  36. MINI-PAM-II. Руководство по автономному использованию, Edition 3 (Heinz Walz GmbH, 2018).
  37. Кулешова Т. Э., Панова Г. Г., Галль Н. Р. и Галушко А. С. Концентрационный элемент на основе электрогенных процессов в корнеобитаемой среде. Письма в Журн. техн. физики, 48 (8), 29–32 (2022). doi: 10.21883/PJTF.2022.08.52363.19066
  38. Кулешова Т. Э., Галль Н. Р., Удалова О. Р. и Панова Г. Г. Многофункциональный комплекс датчиков для фитомониторинга в условиях интенсивной светокультуры. Агрофизика, 4, 33–39 (2020). doi: 10.25695/AGRPH.2020.04.06
  39. Kovinich N., Kayanja G., Chanoca A., Riedl K., Otegui M. S., and Grotewold E. Not all anthocyanins are born equal: distinct patterns induced by stress in Arabidopsis. Planta, 240, 931–940 (2014). doi: 10.1007/s00425-014-2079-1
  40. Гигиенические требования к безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов. СанПиН 2.3.2.107801", 06.11.2001.

© Российская академия наук, 2024

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах