生物工程人員提出了”電子農業”，一種以太陽能為動力將二氧化碳轉化為醋酸的反應來取代光合作用的方法，有可能將美國的農業用地需求減少94%，並支持可控的室內農業。初步實驗的重點是西紅柿和萵苣等消耗醋酸的基因改造植物，未來可能應用於太空農業。

電農業可以用更有效率的太陽能發電過程取代光合作用，為基因改造植物和其他生物生產醋酸，從而將美國的農業用地大幅縮減94%。 圖片來源：Feng Jiao

光合作用是為地球上大多數生命提供動力的自然過程，但它的效率卻低得令人吃驚–植物只能將其吸收的大約1%的光能轉化為可用的化學能。 現在，生物工程師提出了一種突破性的糧食生產替代方法，他們稱之為”電子農業”。

他們的研究成果發表在10 月23 日的《焦耳》（Joule）雜誌上，提出了一種完全跳過光合作用的太陽能供電方法。 相反，它能直接將CO₂ 轉化為營養豐富的有機分子，基因改造植物可以將其作為食物”食用”。 據研究人員稱，如果用電農業技術種植美國的所有糧食，就能將農業用地減少94%。 這項技術甚至可以在太空中生產糧食。

“如果我們不再需要陽光來種植植物，那麼我們就可以讓農業與環境脫鉤，在室內受控環境中種植食物，」通訊作者、加州大學河濱分校的生物工程師羅伯特-金克森解釋說。 “我認為，我們需要將農業技術推向下一個階段，而以一種與自然脫鉤的可控方式生產農業必須是下一步。”

電動農業技術原型。 圖片來源：Feng Jiao

電子農業意味著用多層建築取代農田。 建築物上或附近的太陽能電池板將吸收太陽輻射，這種能量將為CO2 和水之間的化學反應提供動力，從而產生醋酸鹽–一種類似於醋酸的分子，醋的主要成分。 然後，醋酸鹽將被用來餵養水耕植物。 由於蘑菇、酵母和藻類都能天然利用醋酸，因此這種方法也可用於培育其他產糧生物。

「這種新工藝的全部意義在於嘗試提高光合作用的效率，」資深作者、聖路易斯華盛頓大學電化學家焦鋒（音譯）說。 “現在，我們的效率約為4%，已經比光合作用高出四倍，而且由於使用這種方法一切都更有效率，與食物生產相關的二氧化碳2 足跡也變得更小了。”

為了對食用醋酸鹽的植物進行基因工程改造，研究人員利用了發芽植物用來分解種子中儲存的食物的代謝途徑。 一旦植物能夠進行光合作用，這條途徑就會關閉，但重新開啟這條途徑將使植物能夠利用醋酸鹽作為能量和碳源。

金克森說：「我們正試圖重新開啟成年植物的這條途徑，喚醒它們利用醋酸的天然能力。這類似於人類的乳糖不耐症–嬰兒時期我們可以消化牛奶中的乳糖，但對許多人來說，這條途徑在他們長大後就被關閉了。

團隊的初步研究重點是番茄和萵苣，但計劃將來轉向木薯、紅薯和穀物等高熱量主食作物。 目前，他們已經成功地設計出了除光合作用外還能利用醋酸的植物，但他們的最終目標是設計出能從醋酸中獲取所有必要能量的植物，這意味著它們本身不需要任何光照。

金克森說：『對植物來說，我們仍處於研發階段，試圖讓它們利用醋酸鹽作為碳源，因為植物並沒有進化到這種生長方式，但我們正在取得進展。不過，蘑菇、酵母和藻類如今都可以這樣生長，所以我認為這些應用可以首先實現商業化，而植物則會在以後出現。

研究人员还计划继续改进醋酸生产方法，使碳固定系统更加高效。这只是这项研究的第一步，研究人员认为不久的将来，它的效率和成本有希望得到显著提高。

編譯自/ ScitechDaily