卡内基科学研究所 学分:卡内基科学学院 如果我们可以通过改变植物暴露的光线来提高植物的生产力，会怎么样？这可以增加重要的粮食和生物燃料作物的产量，并通过隔离大气碳来对抗气候变化
在最近的《能源与环境科学》的一篇透视文章中，卡内基的亚瑟·格罗斯曼和佩特拉·雷德科普与斯坦福大学的同事——拉丽莎·昆兹、马特奥·卡吉内洛和阿伦·马朱姆达尔——以及伊利诺伊大学厄巴纳·香槟分校的唐纳德·奥尔特一起认为，通过使用光致发光材料进行特殊设计的照明改造，可以推动始于20世纪60年代的绿色革命的下一次重大飞跃
格罗斯曼解释说:“几千年来，人类有选择地培育用于食品、纺织品和建筑的植物。”
“近几十年来，先进的基因操作提高了植物的生产力及其生物量的质量和数量
但是仍然有一些提高生产力的工程策略没有被探索
" 植物可以将太阳能转化为食物的化学能——糖、蛋白质和脂肪
这个过程被称为光合作用，是地球上我们所知的生命的基础
光合作用是地球大气富含氧气的原因，让人类和其他动物可以呼吸
它也是我们整个食物供应的基本来源——直接通过水果、蔬菜、谷物和其他植物产品的消费，对于肉食者来说，间接通过食用植物的动物的消费
此外，光合作用反应需要二氧化碳，这意味着植物正在吸收和隔离一些来自人类活动的碳排放，这些排放正在污染大气并导致全球气候变化
然而，大多数植物对阳光的利用效率很低；打在植物叶子上的入射光实际上只有不到10%用于光合作用
这使得光照成为解决全球问题(包括饥饿和气候变化)的工程解决方案的一个很好的目标
雷德科普解释说:“陆地上的生物每年吸收120亿吨碳，海洋每年吸收90亿吨碳。”
“如果陆地上的植物能够将它们吸收和利用二氧化碳的效率提高3
3 %,这将对粮食生产产生重大影响，也有助于应对气候变化
" 在他们的论文中，格罗斯曼和他的合著者探索了通过将发光化合物嵌入悬浮在植物上或散布在植物生长的地面上的材料基质中来增加光合活动可用光的想法
这可以暂时重新分配可用的阳光，抵消风或云造成的暂时遮挡，让光线更深地穿透树栖树冠，减少过多的光线对植物造成的损害，并且随着系统的进一步发展，可能会延长植物暴露在光线下的时间
所使用的材料科学方法，被称为“植物光子”工程，代表了农业实践发展的一条激动人心的道路
作者认为这是探索这种工程方法的好时机
这不仅是因为技术的发展，也是因为最近的研究颠覆了科学家对绿光在驱动光合作用中的作用的理解
众所周知，当在单叶水平上观察光合作用时，红光或蓝光优先被吸收
但事实证明，当研究一片森林或整株有层层叶子的植物时，绿光在光合活动中起着重要作用，因为它渗透得更深，并激活离地面更近的叶子的光合作用
这意味着有机会在温室或田间设计和部署发绿光的发光材料
格罗斯曼总结道:“如果我们想应对未来几十年的挑战，我们需要在提高工厂生产率的能力方面取得飞跃。”
“这意味着必须同时寻求多种途径，包括如何增加重要作物的光照
"
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