以二氧化碳为原料，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。我国科学家首次实现了二氧化碳到淀粉的从头合成，相关成果北京时间24日由国际知名学术期刊《科学》在线发表。
从“0到1”的巨大突破
论文通讯作者、中科院天津工业生物所所长马延和介绍，此次研究中，科研人员用一种类似“搭积木”的方式，从头设计、构建了11步反应的非自然二氧化碳固定与人工合成淀粉新途径。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。
相比而言，自然界的淀粉合成依赖植物光合作用，涉及约60步代谢反应以及复杂的生理调控。
论文第一作者、天津工业生物所副研究员蔡韬介绍，实验室初步测试显示，人工合成淀粉的速率是自然淀粉合成速率的倍。在充足能量供给的条件下，按照目前的技术参数推算，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。
这一突破得到该领域一批国际知名专家的高度评价。德国科学院院士曼弗雷德·雷兹表示，将二氧化碳固定并转化为有用的有机化学品是一项重大的国际挑战，本项工作将该领域研究向前推进了一大步。美国工程院院士延斯·尼尔森表示，这是利用合成生物学解决当今 社会 面临的若干重大挑战的惊人案例，将为日后更多相关研究铺平道路。
合成淀粉的巨大意义
淀粉由许多葡萄糖单元通过糖苷键连接而成，是粮食的主要成分，是人和畜禽重要的食物能量来源，也是广泛应用的工业原料（造纸、塑料等），目前主要由玉米、小麦、红薯等农作物通过光合作用固定二氧化碳产生。在植物体内，这个过程涉及大约60步生化反应、复杂的生理调节，理论上总体能量转换效率在2%左右。
人工合成淀粉是 科技 领域一个重大课题，吸引了多国科学家深入 探索 ，但一直未取得实质性重要突破。
合成生物学被认为是影响未来的颠覆性技术。模拟自然作物光合作用，重新设计生命合成代谢过程，设计人工生物系统，不依赖植物种植进行淀粉制造，潜藏着惊人的变革前景。
步骤简单 速度快，效率高
这次合成只需要了不多的步骤，而与之对比，自然界中生物从二氧化碳合成淀粉，需要大约60步生化反应，且需要复杂的生理调节。而这个人工合成，大概11个步骤。
并且这次实验室合成的速率是玉米淀粉合成速率的倍。此外，根据报道，其效率也高，自然界合成淀粉的效率约为2% (玉米)，而工业合成效率可以达到10%以上。
合成淀粉应用前景
在科学家眼里，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。
人工合成淀粉对于解决农业问题有着巨大意义。民以食为天，一直以来，农业问题关乎了人类的生死存亡。而采用这种工业办法，可以解决农业所需的耕地、淡水资源，也能够避免农药和化肥等的使用，改善粮食安全。
我国的耕地面积为150多万平方千米，占国土面积的16%左右，也就是说，不到五分之一，剩下五分之四的国土面积都是不能作为耕地的，这也使得我国的粮食问题一直非常严峻。有了这种技术，高山峡谷、沙漠、冰原，这些地方都可以成为农业产地。
同时，这项技术可以直接固定二氧化碳，效率远高于植物，对于缓解全球变暖问题也有着巨大意义。
甚至在更为遥远的未来，这项技术很可能成为人类 探索 遥远宇宙时的食物来源。
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。
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