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哈佛开发出能生产肥料的仿生叶
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.这种仿生叶有朝一日或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.由著名生物化学家丹尼尔·诺塞拉领导的哈佛大学研究者们相信这种成果能帮助推动下一次农业革命.他们利用细菌、阳光、水和空气在农作物生长的土壤中成功的生成了肥料.
通过对生成的氨进行测量发现,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.这种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%.不过,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.诺塞拉博士说,“当你拥有大型集约化的生产工艺和大规模的基础设施时,就可以轻而易举地生产并运输肥料.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.”
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Ralstoniaeutropha,这种细菌在消耗氢的同时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.诺塞拉博士说,“这些肥料只是第一步,做到这一步意味着可以建立一个可持续的化学合成平台,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.”
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.其中的杆菌属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”储存在细菌内部,而这些细菌吸收空气中的氮,并利用原生体生成氨.在诺塞拉的设想中,这种仿生叶可以直接和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.
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