農業革命｜科學家研發毋須陽光「人工光合作用」培養作物能效提高達4至18倍 或助緩解糧食問題

綠色植物的光合作用，為植物本身製造維生養份，也為其他生物提供食物資源，是充當食物鏈最底層生產者角色，換言之也是支撐地球絕大多數生命的重要一環。不過原來光合作用使用陽光的效率甚低，僅約1%的陽光能量被轉化儲存於植物內。6月《自然─食物》（Nature Food）期刊上有研究發表，聲稱以人工途徑加快某些植物光合作用反應，提高能量使用率達4倍，如有系統地用作提高農作物生產效率，或有助解決部份糧食問題，也能緩解農業對環境的影響。

綠色植物和藻類的葉綠體光合作用是自太陽光獲得能量，將環境吸收的二氧化碳和水轉化為碳水化合物如澱粉、纖維、糖，作為自己的構成組織的養份或食物，也成為其他草食性動物的食物來源，是食物鏈最底層的生產者。若能把自然光合作用由目前僅1%的效率提高，或可提升農業產量。

特拉瓦大學（University of Delaware）和加州大學河濱分校（University of California─Riverside）科學家合作研究模仿綠色植物自然光合作用的「人工光合作用」（Artificial Photosynthesis），實際上是利用電解器（electrolyzer）來發揮自然光合作用中陽光的角色，轉化二氧化碳和水為醋酸離子（CH3COO−），再以醋酸離子的營養液培養農作物。

研究團隊發現，利用這種醋酸離子的化學技術於黑暗中種植藻類及萵苣，甚至並非植物、本身不具備光合作用的真菌類如酵母菌及蕈類（即菇類），亦能令它們於黑暗中「茁壯生長」。在植物身上得出的能量效率甚至比原來天然光合作用有過之而無不及。以藻類為例，人工光合技術培養下，能量效率高約4倍；培養酵母菌的能量效率，則比傳統方法高約18倍。

結果上看，醋酸離子培養液可以說是局部彌補到綠色農作物本來只能日間能進行光合作用的限制。研究團隊另發現，豇豆、番茄、煙草、大米、油菜和綠豌豆等農作物在黑暗中種植時，都能夠利用醋酸鹽液中的碳去產生食物，可望協助目前的農業擺脫對陽光的完全依賴。

任教於特拉瓦大學的華人科學家焦鋒，2018年前往加州大學河濱分校演講，示範利用電解器將二氧化碳轉化為其他有機分子。剛好在場的助理教授Robert E. Jinkerson有意研究不靠光合作用的植物栽培技術，和焦鋒的團隊一拍即合。但研究小組不久便發現，焦鋒生產的醋酸溶液鹽類濃度過高，不利藻類、真菌或植物生長，焦鋒團隊於是改良電解二氧化碳程序成兩步驟（Two-Step）反應，即是先把二氧化碳轉化為一氧化碳，然後將一氧化碳轉化為醋酸，產生的醋酸溶液才適合種植。

是次研究由於突破了光合作用的一些限制，成功通過美國太空總署（NASA）同加拿大太空總署（Canadian Space Agency）舉辦的國際比賽「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。該比賽要求挑戰者研發出新穎產糧技術，高效率使用能源，提供長途太空任務所需之有營養美味食物。

Source：綜合報導
Text by FORTUNE INSIGHT

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