电子农业可以用更高效的太阳能发电过程取代光合作用

生物工程人员提出了"电子农业"，一种以太阳能为动力将二氧化碳转化为醋酸的反应来取代光合作用的方法，有可能将美国的农业用地需求减少94%，并支持可控的室内农业。初步实验的重点是西红柿和莴苣等消耗醋酸的转基因植物，未来可能应用于太空农业。

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