علمی، پژوهشی و فناوری

چگونه کشاورزی الکتریکی از فتوسنتز پیشی می گیرد؟

به گزارش پایگاه خبری علم و فناوری : مهندسان زیستی "الکتروکشاورزی" را پیشنهاد می کنند، روشی که فتوسنتز را با واکنش خورشیدی جایگزین می کند و CO2 را به استات تبدیل می کند و به طور بالقوه نیاز به زمین کشاورزی ایالات متحده را تا 94٪ کاهش می دهد و از کشاورزی کنترل شده در داخل خانه حمایت می کند.

آزمایش‌های اولیه روی گیاهان مصرف‌کننده استات اصلاح‌شده ژنتیکی مانند گوجه‌فرنگی و کاهو، با کاربردهای بالقوه در آینده در کشاورزی فضایی تمرکز دارند.

برق-کشاورزی انقلابی

فتوسنتز، فرآیند طبیعی که بیشتر حیات روی زمین را تامین می‌کند، به طرز شگفت‌آوری ناکارآمد است - گیاهان تنها حدود 1٪ از نوری را که جذب می‌کنند به انرژی شیمیایی قابل استفاده تبدیل می‌کنند. اکنون، مهندسان زیستی یک روش جایگزین پیشگامانه برای تولید غذا پیشنهاد کرده‌اند که آن را «الکترو کشاورزی» می‌نامند.

پژوهش آنها که در ژورنال Joule در 23 اکتبر منتشر شد، روشی با انرژی خورشیدی را پیشنهاد می کند که به طور کلی از فتوسنتز صرف نظر می کند. در عوض، CO2 را مستقیماً به یک مولکول آلی غنی از مواد مغذی تبدیل می‌کند که گیاهان اصلاح‌شده ژنتیکی می‌توانند آن را به عنوان غذا «مصرف کنند». به گفته محققان، اگر از کشاورزی الکتریکی برای رشد همه مواد غذایی در ایالات متحده استفاده شود، می تواند زمین مورد نیاز برای کشاورزی را تا 94 درصد کاهش دهد. این فناوری حتی ممکن است تولید غذا در فضا را امکان پذیر کند.

کشاورزی داخلی: آینده کشاورزی

رابرت جینکرسون، نویسنده مسئول و مهندس زیست‌شناسی از دانشگاه کالیفرنیا، ریورساید، توضیح می‌دهد: «اگر دیگر نیازی به رشد گیاهان با نور خورشید نداریم، می‌توانیم کشاورزی را از محیط جدا کنیم و غذا را در محیط‌های سرپوشیده و کنترل‌شده پرورش دهیم. "من فکر می کنم که ما باید کشاورزی را به مرحله بعدی فناوری منتقل کنیم و تولید آن به روشی کنترل شده و جدا از طبیعت باید گام بعدی باشد."

الکتروکشاورزی به معنای جایگزینی مزارع کشاورزی با ساختمان های چند طبقه است. پنل‌های خورشیدی روی ساختمان‌ها یا نزدیک آن، تابش خورشید را جذب می‌کنند و این انرژی واکنش شیمیایی بین CO 2 و آب را برای تولید استات - مولکولی شبیه اسید استیک ، که جزء اصلی سرکه است، تحریک می‌کند. سپس استات برای تغذیه گیاهانی که به صورت هیدروپونیک رشد می کنند استفاده می شود. این روش همچنین می تواند برای رشد سایر ارگانیسم های تولید کننده غذا استفاده شود، زیرا استات به طور طبیعی توسط قارچ ها، مخمرها و جلبک ها استفاده می شود.

مهندسی گیاهان استات خوار

فنگ جیائو، نویسنده ارشد، الکتروشیمی‌دان در دانشگاه واشنگتن در سنت لوئیس، می‌گوید: «تمام هدف این فرآیند جدید تلاش برای افزایش کارایی فتوسنتز است. "در حال حاضر، ما در حدود 4 درصد راندمان هستیم، که در حال حاضر چهار برابر بیشتر از فتوسنتز است، و چون همه چیز با این روش کارآمدتر است، ردپای CO 2 مرتبط با تولید غذا بسیار کوچکتر می شود."

برای مهندسی ژنتیکی گیاهان استات خوار، محققان از یک مسیر متابولیک استفاده می کنند که گیاهان در حال جوانه زدن از آن برای تجزیه مواد غذایی ذخیره شده در دانه هایشان استفاده می کنند. هنگامی که گیاهان قادر به فتوسنتز شوند، این مسیر خاموش می شود، اما روشن کردن مجدد آن، آنها را قادر می سازد تا از استات به عنوان منبع انرژی و کربن استفاده کنند.

گسترش کاربردها فراتر از محصولات سنتی

جینکرسون می‌گوید: «ما در تلاش هستیم تا این مسیر را در گیاهان بالغ بازگردانیم و توانایی بومی آنها برای استفاده از استات را دوباره بیدار کنیم. این مشابه با عدم تحمل لاکتوز در انسان است – به عنوان نوزادان می‌توانیم لاکتوز را در شیر هضم کنیم، اما برای بسیاری از افراد این مسیر زمانی که بزرگ می‌شوند بسته می‌شود. این همان ایده است، فقط برای گیاهان.

این تیم تحقیقات اولیه خود را بر روی گوجه‌فرنگی و کاهو متمرکز کرده‌اند، اما قصد دارند در آینده به سمت محصولات اصلی پرکالری مانند کاساوا، سیب‌زمینی شیرین و محصولات غلات بروند. در حال حاضر، آنها موفق به مهندسی گیاهانی شده اند که می توانند علاوه بر فتوسنتز از استات نیز استفاده کنند، اما در نهایت قصد دارند گیاهانی را مهندسی کنند که بتوانند تمام انرژی لازم خود را از استات به دست آورند، به این معنی که خودشان به هیچ نوری نیاز نخواهند داشت.

جینکرسون می‌گوید: «برای گیاهان، ما هنوز در مرحله تحقیق و توسعه هستیم تا آنها را وادار کنیم از استات به عنوان منبع کربن خود استفاده کنند، زیرا گیاهان برای رشد به این شکل تکامل نیافته‌اند، اما ما در حال پیشرفت هستیم». با این حال، امروزه می توان قارچ ها و مخمرها و جلبک ها را به این شکل کشت کرد، بنابراین من فکر می کنم که این برنامه ها می توانند ابتدا تجاری شوند و گیاهان بعداً در خط تولید قرار خواهند گرفت.

افزایش کارایی برای پایداری آینده

محققان همچنین قصد دارند روش خود برای تولید استات را برای کارآمدتر کردن سیستم تثبیت کربن ادامه دهند.

جیائو می‌گوید: «این فقط اولین قدم برای این تحقیق است، و من فکر می‌کنم این امید وجود دارد که کارایی و هزینه آن در آینده نزدیک به طور قابل توجهی بهبود یابد.