电子农业可以用更高效的太阳能发电过程取代光合作用

电农业可以用更高效的太阳能发电过程取代光合作用，为转基因植物和其他生物生产醋酸，从而将美国的农业用地大幅缩减 94%。 图片来源：Feng Jiao

光合作用是为地球上大多数生命提供动力的自然过程，但它的效率却低得令人吃惊--植物只能将其吸收的大约 1%的光能转化为可用的化学能。 现在，生物工程师们提出了一种突破性的粮食生产替代方法，他们称之为"电子农业"。

他们的研究成果发表在 10 月 23 日的《焦耳》（Joule）杂志上，提出了一种完全跳过光合作用的太阳能供电方法。 相反，它能直接将 CO₂ 转化为营养丰富的有机分子，转基因植物可以将其作为食物"食用"。 据研究人员称，如果用电农业技术种植美国的所有粮食，就能将农业用地减少 94%。 这项技术甚至可以在太空中生产粮食。

"如果我们不再需要阳光来种植植物，那么我们就可以让农业与环境脱钩，在室内受控环境中种植食物，"通讯作者、加州大学河滨分校的生物工程师罗伯特-金克森解释说。"我认为，我们需要将农业技术推向下一个阶段，而以一种与自然脱钩的可控方式生产农业必须是下一步。"

电动农业技术原型。 图片来源：Feng Jiao

电子农业意味着用多层建筑取代农田。 建筑物上或附近的太阳能电池板将吸收太阳辐射，这种能量将为 CO2 和水之间的化学反应提供动力，从而产生醋酸盐--一种类似于醋酸的分子，醋的主要成分。 然后，醋酸盐将被用来喂养水培植物。 由于蘑菇、酵母和藻类都能天然利用醋酸，因此这种方法也可用于培育其他产粮生物。

"这种新工艺的全部意义在于尝试提高光合作用的效率，"资深作者、圣路易斯华盛顿大学电化学家焦锋（音译）说。"现在，我们的效率约为 4%，已经比光合作用高出四倍，而且由于使用这种方法一切都更有效率，与食物生产相关的二氧化碳2 足迹也变得更小了。"

为了对食用醋酸盐的植物进行基因工程改造，研究人员利用了发芽植物用来分解种子中储存的食物的代谢途径。 一旦植物能够进行光合作用，这条途径就会被关闭，但重新开启这条途径将使植物能够利用醋酸盐作为能量和碳源。

金克森说："我们正试图重新开启成年植物的这一途径，唤醒它们利用醋酸的天然能力。这类似于人类的乳糖不耐受症--婴儿时期我们可以消化牛奶中的乳糖，但对许多人来说，这条途径在他们长大后就被关闭了。 这是一种相同的想法，只是对植物而言。"

该团队的初步研究重点是西红柿和莴苣，但计划将来转向木薯、红薯和谷物等高热量主食作物。 目前，他们已经成功地设计出了除光合作用外还能利用醋酸的植物，但他们的最终目标是设计出能从醋酸中获取所有必要能量的植物，这意味着它们本身不需要任何光照。

金克森说："对于植物来说，我们仍处于研发阶段，试图让它们利用醋酸盐作为碳源，因为植物并没有进化到这种生长方式，但我们正在取得进展。不过，蘑菇、酵母和藻类如今都可以这样生长，所以我认为这些应用可以首先实现商业化，而植物则会在以后出现。"

研究人员还计划继续改进醋酸生产方法，使碳固定系统更加高效。这只是这项研究的第一步，研究人员认为不久的将来，它的效率和成本有希望得到显著提高。

编译自/ScitechDaily