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雖然植物光合作用是地球多數生命維生關鍵﹐但光合作用利用陽光的效率很低﹐僅約1%陽光能量存於植物內。最近美國加州及德拉瓦州科學家發明嶄新光合作用反應途徑﹐提高能量使用率達18倍！如果將系統用在提高作物生產效率﹐可降低農業對環境的衝擊。
植物﹑藻類的葉綠體光合作用是利用太陽光能量﹐將環境吸收的二氧化碳和水轉化為碳水化合物(如纖維素﹑澱粉﹑糖等)﹐除了提供自己生長養分﹐也為其他生物的食物來源。雖然光合作用在自然界歷數億年演化﹐但其實植物光合作用效率並不高﹐只有約1%陽光能量保存於植物內。雖然植物滋養地球無數生命﹐但若能提高光合作用效率﹐可更提高農業產量﹐間接降低對環境的衝擊。
最近加州大學河濱分校(University of California─Riverside)和特拉瓦大學(University of Delaware)科學家合作新技術﹐先使用電解器(electrolyzer)將二氧化碳和水轉化為醋酸離子(CH3COO−)﹐隨後藻類﹑酵母菌﹑蕈類及萵苣等就算黑暗中也能利用含這些醋酸離子的營養液成長。研究團隊成功擺脫人類對植物光合作用的依賴﹐可讓各種經濟作物成長茁壯﹐這類模仿生物自然光合作用的化學技術稱為「人工光合作用」(Artificial Photosynthesis)。與光合作用相比﹐人工光合技術培養藻類的能量效率高約4倍；培養酵母菌能量效率更比傳統法高約18倍。
促成本次合作研究的是2018年秋天學術演講激盪出的火花。研究人員展示如何利用電解器將二氧化碳轉化為其他有機分子﹐也在場聽演講的助理教授Jinkerson聽到可使用這種方法製造醋酸時精神一振﹐因他正想研發不依賴植物光合作用的植物栽培技術﹐兩個研究團隊一拍即合﹐迅速展開合作。
合作沒多久﹐挑戰旋即浮現。研究團隊很快發現生產的醋酸溶液含過高濃度鹽類﹐完全不適合藻類﹑真菌或植物生長。研究團隊再將電解二氧化碳程序改良為兩步驟(Two-Step)反應﹕先將二氧化碳轉化為一氧化碳﹐然後將一氧化碳轉化為醋酸。如此才生產出適合的醋酸溶液。
此研究成果突破植物光合作用的極限且具極大應用空間﹐通過「外太空食物挑戰賽」(Deep Space Food Challenge)第一階段考驗﹐獲得2.5萬美元獎金。挑戰賽是美國NASA及加拿大太空總署(Canadian Space Agency)協辦的國際競賽﹐獲獎團隊必須創造新穎且顛覆未來的糧食生產技術﹐且技術必須高效使用能源﹐並提供長期太空任務所需的安全營養且美味的食物來源。
科技進步永無止境﹐也許有一天﹐人工光合作用技術真能幫助實現人類於太空種植作物的願景。在此之前﹐或許能先幫助解決農業大規模生產對地球生態的衝擊及污染。
作者: stolenboot 時間: 2022-8-13 03:29 AM
地球糧食？醋酸鹽的成本比光合作用多許多倍。
星際旅行？如果能夠攜帶醋酸鹽，何不直接攜帶糧食？作者: chf02 時間: 2022-8-14 06:12 AM