你有沒(méi)有想過(guò)未來(lái)某一天，不需要土壤，不需要施肥，也不需要種子，只需要以太陽(yáng)光、水和二氧化碳為原料，就能生產(chǎn)淀粉，為人類(lèi)提供源源不斷的生存養料，沒(méi)有污染、沒(méi)有貧困和饑餓？

這種荒誕大膽的設定，恐怕只有科幻小說(shuō)才敢這么書(shū)寫(xiě)。然而這個(gè)看似可笑的想法，中國科學(xué)家歷時(shí)6年多科研攻關(guān)，已經(jīng)給出肯定和詳細的答案，真切的發(fā)生的實(shí)驗室里，在不久的將來(lái)，有望實(shí)現。

中科院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所蔡韜副研究員在實(shí)驗室展示人工合成淀粉樣品?！?/span>

中科院科技攝影聯(lián)盟 供圖

從0到1的突破

北京時(shí)間9月24日，由中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所主導完成的人工合成淀粉重大科技突破進(jìn)展成果論文，在著(zhù)名國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》上線(xiàn)發(fā)表。這是繼上世紀60年代在世界上首次完成人工合成結晶牛胰島素之后，中國科學(xué)家又在人工合成淀粉方面取得重大顛覆性、原創(chuàng )性突破——國際上首次在實(shí)驗室實(shí)現二氧化碳到淀粉的從頭合成。

在中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所實(shí)驗室，科研人員展示人工合成淀粉樣品（9月16日攝）。

圖片來(lái)源：新華社記者 金立旺攝

該研究所人員提出了一種顛覆性的淀粉制備方法，不依賴(lài)植物光合作用，以二氧化碳、電解產(chǎn)生的氫氣為原料，直接合成淀粉。使淀粉生產(chǎn)從傳統農業(yè)種植模式像工業(yè)車(chē)間生產(chǎn)模式轉變成為可能，并為二氧化碳原料合成復雜分子提供了新技術(shù)路線(xiàn)。

人工合成淀粉的重大意義

淀粉是糧食種類(lèi)中最主要的成分，比如面粉、大米、玉米等，是養活全球人口最重要的食物原料，同時(shí)也是重要的工業(yè)原料。通常由農作物通過(guò)自然光合作用固定二氧化碳生產(chǎn)。

自然界的淀粉合成與積累，涉及60余步生化反應以及復雜的生理調控。中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所研究員馬延和帶領(lǐng)團隊，采用一種類(lèi)似“搭積木”的方式，從頭設計、構建了11步反應的非自然固碳與淀粉合成途徑，在實(shí)驗室中首次實(shí)現從二氧化碳到淀粉分子的全合成。

科研團隊喬婧科研助理、蔡韜副研究員、馬延和研究員、朱蕾蕾研究員、孫紅兵科研助理（從左至右）在中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所實(shí)驗室合影（9月16日攝）。圖片來(lái)源：新華社記者 金立旺 攝

這一人工途徑的淀粉合成速率是玉米淀粉合成速率的8.5倍，向實(shí)現設計自然、超越自然的目標邁進(jìn)了一大步，為創(chuàng )建新功能的生物系統提供了新的科學(xué)基礎。

業(yè)內專(zhuān)家稱(chēng)，如果未來(lái)二氧化碳人工合成淀粉的系統過(guò)程成本能夠降低到與農業(yè)種植相比具有經(jīng)濟可行性，將會(huì )節約90%以上的耕地和淡水資源，避免農藥、化肥等對環(huán)境的負面影響，推動(dòng)形成可持續的生物基社會(huì )，提高人類(lèi)糧食安全水平。同時(shí)，最新研究成果實(shí)現在無(wú)細胞系統中用二氧化碳和電解產(chǎn)生的氫氣合成淀粉的化學(xué)-生物法聯(lián)合的人工淀粉合成途徑(ASAP)，為推進(jìn)“碳達峰”和“碳中和”目標實(shí)現的技術(shù)路線(xiàn)提供一種新思路。

人工合成淀粉應用前景

該成果不僅對未來(lái)的農業(yè)生產(chǎn)特別是糧食生產(chǎn)具有革命性的影響，而且對全球生物制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有里程碑式的意義。

“如果把人工合成淀粉做成面條、粉絲，大概會(huì )像意大利面那樣勁道?！瘪R延和表示，自然淀粉是直鏈淀粉和支鏈淀粉混在一起，目前實(shí)驗室里合成的主要是直鏈淀粉，合成的支鏈淀粉沒(méi)有自然淀粉中的支鏈淀粉那么復雜。

自動(dòng)化淀粉加工設備生產(chǎn)出的淀粉

論文第一作者、天津工業(yè)生物所副研究員蔡韜興奮地說(shuō)：“我們拿合成淀粉與自然界中的淀粉比較，得到核磁結果是一模一樣的，可以說(shuō)，合成淀粉實(shí)際上與自然的淀粉是沒(méi)有區別的?！辈添w說(shuō)，實(shí)驗室里通過(guò)人工合成產(chǎn)生的淀粉處于溶解狀態(tài)，“是比較稀的淀粉糊糊，干燥后會(huì )變成粉狀”。

這意味著(zhù)什么？數據顯示，2019年，全世界有近7.5億人面臨重度糧食不安全，占世界總人口近十分之一?！凹词故翘娲徊糠旨Z食淀粉作為工業(yè)原料甚至飼料，也是對緩解農業(yè)壓力的巨大貢獻?！瘪R延和表示。

不過(guò)，這一成果目前尚處于實(shí)驗室階段，離實(shí)際應用還有距離。后續需盡快實(shí)現從“0到1”概念突破到“1到10”的轉換。

據了解，經(jīng)科技部批準，天津工業(yè)生物所正在牽頭建設國家合成生物技術(shù)創(chuàng )新中心?？蒲袌F隊的下一步目標，一方面是繼續攻克淀粉合成人工生物系統的設計、調控等底層科學(xué)難題，另一方面要推動(dòng)成果走向產(chǎn)業(yè)應用，未來(lái)讓人工合成淀粉的經(jīng)濟可行性接近農業(yè)種植。

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文章及資料來(lái)源：新華社、中國科學(xué)報、中國新聞網(wǎng)、經(jīng)濟日報、海外網(wǎng)