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    1. 新聞中心
      厲害了我的國!西北風(fēng)真能喝飽了,中國首次實(shí)現二氧化碳人工

      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。


      厲害了我的國!西北風(fēng)真能喝飽了,中國首次實(shí)現二氧化碳人工合成淀粉

      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。


      厲害了我的國!西北風(fēng)真能喝飽了,中國首次實(shí)現二氧化碳人工合成淀粉

      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。


      厲害了我的國!西北風(fēng)真能喝飽了,中國首次實(shí)現二氧化碳人工合成淀粉

      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。


      厲害了我的國!西北風(fēng)真能喝飽了,中國首次實(shí)現二氧化碳人工合成淀粉

      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。


      厲害了我的國!西北風(fēng)真能喝飽了,中國首次實(shí)現二氧化碳人工合成淀粉


      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)


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