科學家發明黑暗種植技術 作物不必光線也能成長

人工光合作用的示意圖,太陽能板發電,電催化作用吸收二氧化碳與水,合成為氧氣與乙酸鹽,乙酸鹽做為養料可以培養真菌類(酵母、蘑菇),以及植物類(藻類、作物),也就是可供我們吃的食物。(圖/加州河濱大學)

2022/06/28

圖文引用自:中時電子報

大家都知道,種植農作物,陽光是個必要條件,因為植物行光合作用,以水、二氧化碳為材料,利用來自陽光的能量,轉化為植物的生長動力,並結出我們吃的食物。雖然我們常常讚嘆大自然的神奇,但是科學家在分析光合作用的效率後,他們發現這個過程非常低效,大約只有1%的陽光能量進入植物。因此科學家一直都想發明取代光合作用的新方法。

加州大學河濱分校(UCR)和德拉瓦大學(UDel)的科學家們發現,植物可以使用二氧化碳、水,以及「乙酸鹽」(Acetate)做為養料來生長,這就完全繞過生物光合作用的需求,這個反應在伸手不見五指的黑暗中也能進行。至於乙酸鹽,可以利用人工的光化合反應來製造,某種角度上,可以視為「人工光合作用」。

發表在《自然食物》(Nature Food)上的論文指出,科學家是使用電催化的過程,將二氧化碳和水轉化為乙酸鹽,乙酸鹽是指含有乙酸根離子CH3COO−的鹽類,又可叫醋酸鹽,是醋的主要成分。

然後,乙酸鹽也是植物的必須品,包括農作物也是,它們都可在黑暗中消耗乙酸鹽來生長。

由於製作乙酸鹽需要用電,電力自然就可以由太陽能電池板來提供,所以是人工的太陽能電力在製作提供植物所需要材料,不就是人工光合作用了嗎?這種有機-無機的混合系統效率要比天然的光合作用高出18倍。

研究團隊主持人、加州大學河濱分校化學與環境工程助理教授羅伯特•金克森(Robert Jinkerson)說:「我們設計出一種電解槽,可以高效率的生產乙酸鹽,而乙酸鹽的原材料之一就是空氣中的二氧化碳。」

將乙酸鹽溶入水裡,做為植物的營養液,結果發現,包括豇豆、番茄、煙草、稻米、油菜和綠豌豆,都能黑暗環境中充分利用醋酸鹽中的碳而穩定成長。同時,乙酸鹽對非植物的綠藻、真菌也同樣不可或缺。

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