人工光合作用让植物在完全黑暗的环境下高效生长

2022年06月27日 13:37 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

据New Atlas报道,科学家们对自然界的光合作用过程进行了改进,不仅能更有效地种植植物,而且能在黑暗中进行。这可以将农业扩展到没有足够阳光的地区,甚至可以帮助养活未来的太空探险家。

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光合作用通常是指绿色植物吸收光能,把二氧化碳和水合成富能有机物,同时释放氧气的过程。这个过程已经帮助植物--以及延伸到地球上的生命--繁荣了数十亿年,但这并不意味着它特别有效。事实上,只有大约3%到6%的阳光能量最终进入植物体内。

科学家们长期以来一直在研究人工光合作用,其效率已经比自然过程高得多。所谓的人造树叶可以作为一种环保的方式来制造一系列产品,包括氢燃料、合成气、甲醇、塑料替代品,甚至药物分子。

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在这种情况下,产生的产品是醋酸,是醋的主要成分。然后,这被喂给植物作为碳源,基本上绕过了自然光合作用。该团队在一系列作物植物和食品生产微生物上测试了这项技术,包括酵母、绿藻、真菌菌丝体、豇豆、番茄、烟草、水稻、油菜和绿豌豆。

科学家们表明,这些生物都可以在完全黑暗的环境中在醋酸纤维介质中生长,在某些情况下甚至比在阳光下更有效。例如,藻类的生长效率提高了四倍,而酵母的产量则提高了惊人的18倍。

“我们发现广泛的作物可以利用我们提供的醋酸,并将其构建成生物体生长和茁壮成长所需的主要分子构件,”该研究的共同第一作者Marcus Harland-Dunaway说。“通过我们目前正在研究的一些育种和工程,我们也许能够用乙酸盐作为额外的能量来源来种植作物,以提高作物产量。”

通过将农业与对阳光直射的需求脱钩,该技术可以使粮食在条件不太理想的地区种植,使用更少的土地。农作物可以在城市中种植,甚至在太空或其他星球上种植,这个角度使该项目在美国宇航局的深空食物挑战第一阶段中获胜。

该研究的通讯作者Robert Jinkerson说:“使用人工光合作用的方法来生产食物可能是我们如何养活人的一个范式转变。通过提高粮食生产的效率,需要更少的土地,减少农业对环境的影响。而对于非传统环境中的农业,如外太空,提高能源效率可以帮助以更少的投入养活更多的宇航员。”

这项研究发表在《自然-食品》杂志上。

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