二氧化碳合成淀粉，效率为传统农业的8.5倍！| 奇点科学

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乔婧科研助理、蔡韬副研究员、马延和研究员、朱蕾蕾研究员、孙红兵科研助理合影。新华社记者 金立旺 摄

编辑|赵财猫

图源|新华社

粮食危机、气候变化是人类面临的重大挑战，因此，如何应对便成为各国科学家努力研究的课题。淀粉是粮食最主要的成分，也是人体所需能量的重要来源，同时还是重要的工业原料。

提到淀粉，大家应该都很熟悉。淀粉并不是什么稀缺资源，科学家为什么还要研究它呢？

这是因为传统的淀粉来源需要依赖植物的光合作用，利用二氧化碳，历经60余步的代谢反应和复杂的生理调控，最终生成。但这一合成途径有两个弊端：

• 第一，理论上，传统淀粉合成方式中，太阳能的利用效率不足2%。显然，这一方式效率极低。

• 第二，农作物种植周期非常长，而且需要使用大量土地、淡水等资源以及肥料、农药等农业生产资料。与此同时，现阶段各种可以提高作物产量的技术已经到了一个平台期，再难提高。

因此，关于粮食淀粉可持续供给、二氧化碳转化利用的研究就成为了重点研究对象。此前，多国科学家积极探索，但一直未取得实质性突破。

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。

“全球以淀粉为原料的产品大约有3万多种，我们如何找到更廉价、更大量的替代淀粉？这项研究已经迈出了重要一步。”中国工程院院士岳国君评论说。

9月23日，中国科学院天津工业生物技术研究所马延和研究员向媒体介绍研究成果。新华社记者 金立旺 摄

相关研究成果已于北京时间9月24日发表在国际知名学术期刊《科学》上。

9月23日，中国科学院天津工业生物技术研究所马延和研究员向媒体介绍研究成果。新华社记者 金立旺 摄

经检测发现，人工合成淀粉分子与天然淀粉分子的结构组成一致。但科学家到底是怎么“搭积木”的？

科学家用化学催化剂将高浓度二氧化碳在高密度氢能作用下还原成碳一化合物，然后通过设计构建碳一聚合新酶，依据化学聚糖反应原理将碳一化合物聚合成碳三化合物，最后通过生物途径优化，将碳三化合物又聚合成碳六化合物，再进一步合成直链和支链淀粉。

在中国科学院天津工业生物技术研究所实验室，科研人员展示人工合成淀粉样品。新华社记者 金立旺 摄

中国科学院天津工业生物技术研究所蔡韬副研究员在实验室展示人工合成淀粉样品。新华社记者 金立旺 摄

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。

该成果目前尚处于实验室阶段，离实际应用还有相当长的距离，后续还需要尽快实现从“0”到“1”的概念突破到“1到10”和“10到100”的转换，最终真正成为解决人类发展面临重大问题和需求的有效手段和工具。

据了解，科学家的下一个目标，一方面是继续攻克淀粉合成尚未解决的难题，另一方面要努力实现人工合成淀粉的经济可行性接近农业种植。

在中国科学院天津工业生物技术研究所实验室，孙红兵科研助理在整理实验日记。新华社记者 金立旺 摄

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