全球首次！我国科学家实现二氧化碳到淀粉的人工合成，效率为农业生产的 8.5 倍
FUTURE | 远见 闵青云 选编
淀粉是人类最基本和最重要的食物，也是重要的工业原料。传统淀粉的生产主要靠玉米等农作物通过光合作用，将二氧化碳等无机化合物合成为淀粉，需要漫长的生长周期，涉及60余步生化反应，对土地、水、肥料、日照等资源都有要求，能量的转化率也不高，而人工淀粉合成一直是一个未被攻破的难题。
中国科学院天津工业生物技术研究所和中国科学院大连化学物理研究所的科学家们合作，探索出一条「无中生有」的技术路线，在国际上首次实现了二氧化碳到淀粉分子的全合成。
相关研究成果以「Cell-free chemoenzymatic starch synthesis from carbon dioxide」为题发表于9月24日国际学术期刊《Science》上，中科院天津工业生物技术研究所副研究员蔡韬担任共同第一作者，马延和为通讯作者。
图源：Science
以工业生产中排放的高浓度二氧化碳作为原料，使用高密度电/氢能和化学催化剂将二氧化碳还原为甲醇。再通过设计构筑一种全新的重组酶，利用酶的催化将甲醇聚合为碳三化合物，进一步聚合成碳六化合物，最终组装成直链/支链淀粉，合成了与天然淀粉成分完全相同的人工淀粉。
蔡韬在实验室展示人工合成淀粉样品 | 图源：新华社
在实验室中，这一合成路径能以22纳摩尔每分每毫克的速率将二氧化碳转化为淀粉，是自然环境中玉米通过光合作用合成淀粉的速率的8.5倍，能量效率是玉米的3.5倍。在充足能量供给的条件下，按照目前技术参数，1立方米大小的生物反应器年产淀粉量能可与我国5亩玉米地相当。
科研团队乔婧科研助理、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（从左至右）合影 | 图源：新华社
多位中外专家评论认为，不依赖植物光合作用，设计人工生物系统固定二氧化碳合成淀粉，将是影响世界的重大颠覆性技术。这更让人们看到一种可能——农业可以由种植模式向工业车间生产模式转变，人类向设计自然、超越自然目标的实现迈进了一大步，为创建新功能的生物系统提供了新的科学基础。
目前，这一成果尚处于实验室阶段，离实际应用还有相当长的距离。据介绍，科研人员正在针对工业化的问题进行攻关，比如解决酶的稳定性、活力、成本等问题，探索多条技术路线等，预计未来5到10年能够建立起工业化示范装置。
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