科技日?qǐng)?bào)記者 張夢(mèng)然

在發(fā)表于最新一期《焦耳》雜志的一篇前瞻性研究論文上，美國(guó)生物工程師介紹了一種創(chuàng)新的食品生產(chǎn)方式，稱為“電農(nóng)業(yè)”（Electro-Agriculture）。這項(xiàng)技術(shù)的核心是利用太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)來替代自然界的光合作用，從而更高效地將二氧化碳轉(zhuǎn)化成植物可以利用的有機(jī)分子。通過基因工程手段，讓植物改造后能夠吸收這些有機(jī)分子。

據(jù)研究團(tuán)隊(duì)估計(jì)，如果全美的糧食作物均采用“電農(nóng)業(yè)”的方式生產(chǎn)，所需耕地面積將大幅縮減達(dá)94%。此外，這項(xiàng)技術(shù)同樣適用于在太空中生產(chǎn)糧食。

光合作用雖然支持著地球上的大多數(shù)生命形式，但其能量轉(zhuǎn)換效率卻相對(duì)較低，通常植物只能將所吸收光能中的大約1%轉(zhuǎn)化為可用的化學(xué)能。來自華盛頓大學(xué)圣路易斯分校的研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，如果植物無需依賴陽(yáng)光就能生長(zhǎng)，則農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可以與自然環(huán)境分離，在受控的室內(nèi)條件下進(jìn)行。

“電農(nóng)業(yè)”的概念包括了使用多層建筑來代替?zhèn)鹘y(tǒng)農(nóng)田。這些建筑物的表面或周圍將安裝太陽(yáng)能電池板，用以捕捉太陽(yáng)的能量，并驅(qū)動(dòng)二氧化碳和水之間發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，生成醋酸鹽。隨后，醋酸鹽會(huì)被用作水培植物的養(yǎng)料。這一過程同樣適用于培育蘑菇、酵母和藻類等其他植物，因?yàn)樗鼈兲烊痪湍軌蚶么姿猁}。

通過這種方式，研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)將轉(zhuǎn)化效率提升至約4%，這比傳統(tǒng)光合作用的效率高出4倍。由于整個(gè)過程更為高效，因此與食品生產(chǎn)相關(guān)的二氧化碳排放也相應(yīng)減少。

為了實(shí)現(xiàn)讓植物能夠利用醋酸鹽的目標(biāo)，研究團(tuán)隊(duì)借鑒了植物萌發(fā)期間分解儲(chǔ)存在種子內(nèi)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的代謝路徑。當(dāng)植物開始進(jìn)行光合作用時(shí)，這條代謝路徑通常會(huì)被關(guān)閉。然而，通過重新激活這條路徑，植物便能夠利用醋酸鹽作為其能量和碳源。

目前的研究已經(jīng)使一些植物能夠在不依賴光合作用的情況下利用醋酸鹽生長(zhǎng)，但最終的研究目標(biāo)是培育出完全依賴醋酸鹽獲取所有必需能量的植物，即這些植物將不再需要任何形式的光照。

總編輯圈點(diǎn)：

農(nóng)業(yè)技術(shù)的下一個(gè)階段，可能是與自然環(huán)境脫鉤，以受控方式進(jìn)行生產(chǎn)。目前本文研究的初步重點(diǎn)，是西紅柿和生菜，但據(jù)稱有計(jì)劃轉(zhuǎn)向高熱量主食作物，如木薯、紅薯和谷物作物。不過，在實(shí)際應(yīng)用中，這一技術(shù)仍然面臨重大挑戰(zhàn)。在無光條件下栽培植物，現(xiàn)在還處于早期階段，需要進(jìn)一步研究與開發(fā)才能使這項(xiàng)技術(shù)完全商業(yè)化，實(shí)現(xiàn)其全部潛力。