科学家发明黑暗种植技术 作物不必光线也能成长

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    这些豆苗的培养液含有乙酸盐,豆苗可以利用乙酸盐含有的碳来成为自己成长的材料,即使不照射阳光,也能有效成长。图/加州河滨大学(photo:ChinaTimes)
    这些豆苗的培养液含有乙酸盐,豆苗可以利用乙酸盐含有的碳来成为自己成长的材料,即使不照射阳光,也能有效成长。图/加州河滨大学(photo:ChinaTimes)

    大家都知道,种植农作物,阳光是个必要条件,因为植物行光合作用,以水、二氧化碳为材料,利用来自阳光的能量,转化为植物的生长动力,并结出我们吃的食物。虽然我们常常赞叹大自然的神奇,但是科学家在分析光合作用的效率后,他们发现这个过程非常低效,大约只有1%的阳光能量进入植物。因此科学家一直都想发明取代光合作用的新方法。

    加州大学河滨分校(UCR)和德拉瓦大学(UDel)的科学家们发现,植物可以使用二氧化碳、水,以及「乙酸盐」(Acetate)做为养料来生长,这就完全绕过生物光合作用的需求,这个反应在伸手不见五指的黑暗中也能进行。至于乙酸盐,可以利用人工的光化合反应来制造,某种角度上,可以视为「人工光合作用」。

    人工光合作用的示意图,太阳能板发电,电催化作用吸收二氧化碳与水,合成为氧气与乙酸盐,乙酸盐做为养料可以培养真菌类(酵母、蘑菇),以及植物类(藻类、作物),也就是可供我们吃的食物。(图/加州河滨大学)(photo:ChinaTimes)
    人工光合作用的示意图,太阳能板发电,电催化作用吸收二氧化碳与水,合成为氧气与乙酸盐,乙酸盐做为养料可以培养真菌类(酵母、蘑菇),以及植物类(藻类、作物),也就是可供我们吃的食物。(图/加州河滨大学)(photo:ChinaTimes)

    发表在《自然食物》(Nature Food)上的论文指出,科学家是使用电催化的过程,将二氧化碳和水转化为乙酸盐,乙酸盐是指含有乙酸根离子CH3COO−的盐类,又可叫醋酸盐,是醋的主要成分。

    然后,乙酸盐也是植物的必须品,包括农作物也是,它们都可在黑暗中消耗乙酸盐来生长。

    由于制作乙酸盐需要用电,电力自然就可以由太阳能电池板来提供,所以是人工的太阳能电力在制作提供植物所需要材料,不就是人工光合作用了吗?这种有机-无机的混合系统效率要比天然的光合作用高出18倍。

    研究团队主持人、加州大学河滨分校化学与环境工程助理教授罗伯特•金克森(Robert Jinkerson)说:「我们设计出一种电解槽,可以高效率的生产乙酸盐,而乙酸盐的原材料之一就是空气中的二氧化碳。」

    将乙酸盐溶入水里,做为植物的营养液,结果发现,包括豇豆、番茄、烟草、稻米、油菜和绿豌豆,都能黑暗环境中充分利用醋酸盐中的碳而稳定成长。同时,乙酸盐对非植物的绿藻、真菌也同样不可或缺。

    这个发现带来的效益是「更具弹性的农业」,善加利用以后,可能使农作物出现在不适合农业的城市里,甚至是未来的太空环境中。

    因此,加州河滨大学将这种食品生产方法,参加美国航太总署NASA的「深太空食品挑战赛」(Deep Space Food Challenge ),并已在第一阶段获胜。深太空食品挑战赛是征求改变游戏规则的食品技术,能够应用在长期太空任务里,提供安全、营养和可口的太空粮食。