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能生产肥料的仿生叶有望解决饥饿问题

文章来源: 发布时间:2018-3-29

哈佛大学的研究团队开发了一种只利用细菌、阳光、水和空气就能生产肥料的仿生叶。图中右侧是用了仿生叶肥料培养的萝卜,要比用普通肥料的萝卜大1.5倍。

新浪科技讯 北京时间4月11日消息,据国外媒体报道,哈佛大学研究团队开发的新型仿生叶或许将掀起一场新的绿色革命。这是一个模仿光合作用过程的人工系统,能像植物叶片一样,将太阳光能转化为养料。有朝一日,这种仿生叶或许能帮助提高发展中国家的农作物产量,进而解决世界饥饿问题。

哈佛大学的研究者相信,他们的这一成果能帮助推动下一次农业革命。利用细菌、阳光、水和空气,他们在农作物生长的土壤中成功生成了肥料。该研究团队由著名生物化学家丹尼尔诺塞拉(Daniel Nocera)领导,开发模仿植物光合作用的人工叶是他主要的研究方向。

在之前的研究基础上,诺塞拉的团队开发出了这种仿生叶设备。通过对生成的氨进行测量可知,该系统具有比自然光合作用更高的效率,能产生更多的肥料。不过,真正的证据是研究人员种植了超过5轮的萝卜。利用仿生叶所产生的肥料来种植蔬菜,产量要比对照组高150%。

这种仿生叶以丹尼尔诺塞拉博士开发的人工叶为基础,利用太阳能(由图中的太阳能板收集)将水分子分解为氢和氧。

接下来,研究团队希望提高该系统的生产率,使印度或撒哈拉以南非洲的农民可以用这项技术生产肥料。当你拥有大型集约化的生产工艺和大规模的基础设施,你可以轻而易举地生产并运输肥料,诺癫痫病的发作症状塞拉博士说,但如果是在印度某个水体受污染的村庄里,这是不可能的。贫穷的新兴国家往往没有资源来做这些。我们应该思考一种分散式的系统,因为这才是那里真正需要的。

研究团队在美国化学学会第253次会议上汇报了这项工作。此前,诺塞拉团队已经开发了一种模拟植物叶片光合作用的人工叶,在阳光照射下可以将水分解成氢气和氧气;之后,人工叶引入了细菌Ralstonia eutropha,在消耗氢的同时,这种细菌能提取出空气中的二氧化碳,形成液态肥料。

为了确保这一过程顺利进行,研究团队将此前设备中对微生物有害的镍-钼-锌催化剂换成了对细菌友好的钴-磷合金。

这些肥料只是第一步,做到这一步意味着你可以建立一个可持续的化学合成平台,诺塞拉博士说,现在我们展示的是这项技术的一般方法,使用另一类细菌将大气中的氮提取出来并制成肥料。

水分子在太阳能和催化剂作用下分解为氢和氧。之后,人工叶的细菌在消耗氢的同时,能提取出空气中的二氧化碳,将其制成液态肥料。

为了实现这一目的,诺塞拉博士的团队设计了新的仿生叶系统,其中的黄色杆菌属(Xanthobacter)细菌能使人工叶产生的氢和空气中的二氧化碳结合,形成一种原生体,作为燃料储存在细治疗癫痫最新的技术有哪些菌内部。接着,这些细菌吸收空气中的氮,并利用原生体本质上是氢的储存介质生成氨。

在诺塞拉的设想中,这种仿生叶可以直接安在农作物生长的土壤中,直接为农作物提供养分。在20世纪60年代的第一次绿色革命中,以氨为基础的肥料大规模应用在水稻和小麦新品种的种植上,使农业产量翻了一倍。据联合国的报告称,尽管这场革命导致了一些严重的环境破坏问题,但也拯救了数以百万计的生命特别是在亚洲。

然而,世界人口依然在不断增长,预计到2050年时将比现在增加超过20亿人,其中大部分人口增长出现在世界部分最贫穷的国家。为每个人提供食物需要多方面的努力,而研究者普遍治疗枕叶癫痫病的办法认为,我们更应该增加农作物的单位产量,避免破坏自然环境来获得更多的农业用地。(任天)

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