科幻照进现实！ 中国首次在实验室实现CO2人工合成淀粉
核心提要
◎1立方米大小的生物反应器年产淀粉量相当于我国5亩玉米地年产淀粉量！
◎人工合成淀粉的效率约为传统农业生产淀粉的8.5倍!
◎成果目前尚处于实验室阶段，离实际应用还有距离。
以二氧化碳CO2为原料，不依赖植物光合作用，直接人工合成淀粉——看似科幻的一幕，真实地发生在实验室里。我国科学家历时6年多科研攻关首次实现了二氧化碳到淀粉的从头合成。由中国科学院天津工业生物技术研究所（中科院天津工业生物所）主导完成的人工合成淀粉重大科技突破进展成果论文，北京时间9月24日由国际知名学术期刊《科学》在线发表，从而为从二氧化碳到淀粉生产的工业车间制造“打开了一扇窗”。
淀粉是粮食最主要的成分，通常由农作物通过自然光合作用固定二氧化碳生产。自然界的淀粉合成与积累，涉及60余步生化反应以及复杂的生理调控。人工合成淀粉是科技领域一个重大课题。此前，多国科学家积极探索，但一直未取得实质性重要突破。
中国科学院天津工业生物技术研究所研究员马延和带领团队，采用一种类似“搭积木”的方式，从头设计、构建了11步反应的非自然固碳与淀粉合成途径，在实验室中首次实现从二氧化碳到淀粉分子的全合成。核磁共振等检测发现，人工合成淀粉分子与天然淀粉分子的结构组成一致。
实验室初步测试显示，人工合成淀粉的效率约为传统农业生产淀粉的8.5倍。在充足能量供给的条件下，按照目前技术参数，理论上1立方米大小的生物反应器年产淀粉量相当于我国5亩玉米地的年产淀粉量。
“这次，我们主要在人工合成途径构建方面实现了跨越式突破。”马延和介绍，此次研究设计、组装出一种自然界不存在的合成代谢途径，并使其工作效率大幅高于自然生物过程，跨越了自然途径数亿年的进化。这一突破，为淀粉的车间生产打开一扇窗口，并为二氧化碳原料合成复杂分子开辟了新的技术路线。
对于此次成果，德国科学院院士曼弗雷德·雷兹、美国工程院院士延斯·尼尔森等国际知名专家均给予高度评价，认为这一重大突破将该领域研究向前推进了一大步。
中科院副院长周琪说，成果目前尚处于实验室阶段，离实际应用还有距离，后续需尽快实现从“0到1”概念突破到“1到10”的转换。
据了解，经科技部批准，天津工业生物所正在牵头建设国家合成生物技术创新中心。科研团队的下一步目标，一方面是继续攻克淀粉合成人工生物系统的设计、调控等底层科学难题，另一方面要推动成果走向产业应用，未来让人工合成淀粉的经济可行性接近农业种植。据新华社
>>解惑
●为什么要研究人工合成淀粉？
淀粉是粮食最主要的成分，同时也是重要的工业原料。淀粉主要由玉米等农作物通过自然光合作用固定二氧化碳生产，农作物的种植通常需要较长周期，需要使用大量土地、淡水等资源以及肥料、农药等农业生产资料。粮食危机、气候变化是人类面临的重大挑战，粮食淀粉可持续供给、二氧化碳转化利用是当今世界科技创新的战略方向。
“十四五”规划和2035年远景目标纲要中，合成生物被专门列入科技前沿领域攻关的范畴。据了解，经科技部批准，天津工业生物所正在牵头建设国家合成生物技术创新中心。科研团队的下一步目标，一方面是继续攻克淀粉合成人工生物系统的设计、调控等底层科学难题，另一方面要推动成果走向产业应用，未来让人工合成淀粉的经济可行性接近农业种植。
●人工合成淀粉有什么用？
人工合成淀粉未来如果进入实际应用，不仅能节约耕地和淡水资源、进一步保障粮食安全，还将带来诸多想象空间。
中国科学院院士康乐认为，人工合成淀粉过程中“抓”住的二氧化碳，若能远多于排放的二氧化碳，就可以进一步挖掘潜力，为碳达峰碳中和做出更大贡献。
中国工程院院士岳国君举例说，人工合成淀粉的中间产品，比如葡萄糖，可发酵生产醇、酸、酮等平台化合物，广泛用于生产塑料、纤维和橡胶。
●这一研究成果有什么社会意义？
中国人工合成淀粉是这个领域的一个重大突破，也是从国际上来说第一次（在实验室）从二氧化碳合成了淀粉的整个的过程，这个过程对生物合成生物制造的领域是一个重大的里程碑式的突破，然后下一步对农业生产、对工业的生物制造实际上提供了一个新途径。
如果未来二氧化碳人工合成淀粉的系统过程成本能够降低到与农业种植相比具有经济可行性，将会节约90%以上的耕地和淡水资源，避免农药、化肥等对环境的负面影响，推动形成可持续的生物基社会，提高人类粮食安全水平。同时，最新研究成果实现于无细胞系统中用二氧化碳和电解产生的氢气合成淀粉的化学-生物法联合的人工淀粉合成途径，为推进“碳达峰”和“碳中和”目标实现的技术路线提供一种新思路。
●未来有望大规模“制造”粮食吗？
不依赖植物光合作用、人工合成碳水化合物，实现人工“制造”粮食，一直是世界各国科学家的梦想。
打个比方：人工合成淀粉的新反应途径相当于汽车发动机，酵母细胞相当于汽车底盘，下一步要把发动机放到底盘上安装好，对酵母细胞进行系统设计与改造，搭建一个淀粉合成的“细胞工厂”进行规模化生产。这一研究为未来的“细胞工厂”打开了一扇窗，不过，“细胞工厂”生产粮食的希望实现前科学家还需攻克多重难关。“我们目前对很多生命过程的理解还不到位。”马延和说，未来搭建“细胞工厂”面临着人工生命设计、合成、调控等诸多基础科学挑战，需要化学、物理、工程等学科与生物学的长期交叉研究。
此外，要让人工合成淀粉与农业种植相比具有经济可行性，也需要一个艰难、持续的科技攻关过程。综合新华社、中新网等
>>热议
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IN_THE_DREAM：就是说，21世纪是____的时代！
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@自媒体小萌新：不明觉厉！
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@春风一笑万山横：科幻照进现实！
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