美国科学家突破“光合作用”极限或可解决地球及星际旅...

darthracer · 2022-8-13 23:21

虽然植物光合作用是地球多数生命维生关键，但光合作用利用阳光的效率很低，仅约1%阳光能量存于植物内。最近美国加州及德拉瓦州科学家发明崭新光合作用反应途径，提高能量使用率达18倍！如果将系统用在提高作物生产效率，可降低农业对环境的冲击。成果6月刊登于《自然─食物》（Nature Food）期刊。

植物光合作用效率尚有改善空间

植物、藻类的叶绿体光合作用是利用太阳光能量，将环境吸收的二氧化碳和水转化为碳水化合物（如纤维素、淀粉、糖等），除了提供自己生长养分，也为其他生物的食物来源。虽然光合作用在自然界历数亿年演化，但其实植物光合作用效率并不高，只有约1%阳光能量保存于植物内。虽然植物滋养地球无数生命，但若能提高光合作用效率，可更提高农业产量，间接降低对环境的冲击。

人工光合作用

最近加州大学河滨分校（University of California─Riverside）和特拉瓦大学（University of Delaware）科学家合作新技术，先使用电解器（electrolyzer）将二氧化碳和水转化为醋酸离子（CH3COO−），随后藻类、酵母菌、蕈类及莴苣等就算黑暗中也能利用含这些醋酸离子的营养液增长。研究团队成功摆脱人类对植物光合作用的依赖，可让各种经济作物增长茁壮，这类模仿生物自然光合作用的化学技术称为“人工光合作用”（Artificial Photosynthesis）。与光合作用相比，人工光合技术培养藻类的能量效率高约4倍；培养酵母菌能量效率更比传统法高约18倍。

一场演讲催生崭新研究

促成本次合作研究的是2018年秋天学术演讲激荡出的火花。任教于特拉瓦大学的华人科学家焦锋教授前往加州大学河滨分校（University of California Riverside）演讲，展示如何利用电解器将二氧化碳转化为其他有机分子，也在场听演讲的助理教授Jinkerson听到可使用这种方法制造醋酸时精神一振，因他正想研发不依赖植物光合作用的植物栽培技术，两个研究团队一拍即合，迅速展开合作。

合作没多久，挑战随即浮现。研究团队很快发现，焦锋教授生产的醋酸溶液含过高浓度盐类，完全不适合藻类、真菌或植物生长。焦锋团队再将电解二氧化碳程序改良为两步骤（Two-Step）反应：先将二氧化碳转化为一氧化碳，然后将一氧化碳转化为醋酸。如此才生产出适合的醋酸溶液。

获得NASA青睐

此研究成果突破植物光合作用的极限且具极大应用空间，通过“外太空食物挑战赛”（Deep Space Food Challenge）第一阶段考验，获得2.5万美元奖金。挑战赛是美国太空总局NASA及加拿大太空总局（Canadian Space Agency）协办的国际竞赛，获奖团队必须创造新颖且颠覆未来的粮食生产技术，且技术必须高效使用能源，并提供长期太空任务所需的安全营养且美味的食物来源。

科技进步永无止境，也许有一天，人工光合作用技术真能帮助实现人类于太空种植作物的愿景。在此之前，或许能先帮助解决农业大规模生产对地球生态的冲击及污染

adslymvsly · 2022-8-17 23:41

相当有前景的新技术，能够在黑暗环境中进行的光合作用，很神奇。