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本报讯 光合作用几乎是地球上所有生命赖以生存的根本，但它捕获能量的效率极低——植物吸收的光能只有约1%在植物内部转化为化学能。近日，一项发表于《焦耳》的研究提出了一种名为“电农业”的前瞻性农业方法。

这种方法本质上是用太阳能化学反应取代光合作用，从而更有效地将二氧化碳转化为植物可以“吃”的有机分子。研究人员估计，如果美国所有的食物都使用这种方式生产，那么农业所需的土地面积将减少94%。这种方法也可以用于在太空中种植可食用的植物。

“如果不再需要在阳光下种植植物，那么我们就可以让农业与环境脱钩，在室内、受控的环境中种植粮食。”论文通讯作者、美国加州大学河滨分校生物工程师Robert Jinkerson说，“我认为我们需要将农业推进到下一个技术阶段，以一种与自然分离的可控方式进行生产。”

“电农业”意味着用建筑取代农田。首先用太阳能电池板吸收太阳辐射，从而为二氧化碳和水之间的化学反应提供动力，产生醋酸盐。然后，醋酸盐被用来“喂养”水耕作物。这种方法也可以用于培育其他粮食作物。

为了对食用醋酸盐的植物进行基因改造，研究人员采用了与发芽植物在种子中分解储存养分相同的途径。通常，一旦植物具备光合作用的能力，这一途径就会被关闭，而重新开启这一途径将使它们能够用醋酸盐作为能量和碳的来源。

“我们正试图在成年植物中开启这一途径，重新唤醒它们利用醋酸盐的天然能力。”Jinkerson说，“这类似于人类的乳糖不耐受——在婴儿时期，我们可以消化牛奶中的乳糖，但对许多人来说，当他们长大后，这一途径就关闭了。”

研究团队最初的研究重点是西红柿和生菜，但计划在未来转向主食作物，如木薯、红薯和粮食作物。目前，他们已经成功设计出除了光合作用外还能“吃”醋酸盐的植物，但最终目标是设计出能够从醋酸盐中获得所有必要能量的植物，这意味着它们将不需要任何光。

“我们仍处于研发阶段，因为植物还没有进化到能利用醋酸盐作为碳源来生长，但我们已经取得进展。”Jinkerson说，“蘑菇、酵母和藻类现在都可以这样种植，所以我认为这些应用可以先商业化，然后在生产线上进行种植。”

（晋楠）

相关论文信息：

https://doi.org/10.1016/j.joule.2024.09.011