? ? ? ? 滿(mǎn)足碳水需求必須靠種地嗎？二氧化碳和氫氣在一起會(huì )發(fā)生怎樣的反應？

??????? 9月23日，中國科學(xué)院召開(kāi)本年度首場(chǎng)新聞發(fā)布會(huì )，介紹該院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所在人工合成淀粉方面取得的重要進(jìn)展。該所研究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，成功生產(chǎn)出淀粉，在國際上首次實(shí)現了二氧化碳到淀粉的從頭合成，使淀粉生產(chǎn)從傳統農業(yè)種植模式向工業(yè)車(chē)間生產(chǎn)模式轉變成為可能，取得原創(chuàng )性突破。相關(guān)研究成果9月24日在線(xiàn)發(fā)表于《科學(xué)》雜志。

??????? 淀粉是“粥飯”中最主要的碳水化合物，是面粉、大米、玉米等糧食的主要成分，也是重要的工業(yè)原料。

??????? 目前，淀粉主要由綠色植物通過(guò)光合作用固定二氧化碳進(jìn)行合成。在玉米等農作物中，將二氧化碳轉變?yōu)榈矸凵婕?0余步的代謝反應和復雜的生理調控，太陽(yáng)能的理論利用效率不超過(guò)2%。農作物的種植通常需要數月的周期，使用大量的土地、淡水、肥料等資源。

??????? “長(cháng)期以來(lái)，科研人員一直在努力改進(jìn)光合作用這一生命過(guò)程，希望提高二氧化碳的轉化速率和光能的利用效率，最終提升淀粉的生產(chǎn)效率?！闭撐耐ㄓ嵶髡?、中科院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所所長(cháng)馬延和直言。

??????? 那么，除了光合作用外，還有沒(méi)有效率更高的二氧化碳生產(chǎn)淀粉的方式？

??????? 為解決這一難題，中科院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所研究人員從頭設計了11步主反應的非自然二氧化碳固定與人工合成淀粉新途徑，在實(shí)驗室中首次實(shí)現了從二氧化碳到淀粉分子的全合成。

??????? 研究團隊采用了一種類(lèi)似“搭積木”的方式，聯(lián)合中科院大連化學(xué)物理研究所，利用化學(xué)催化劑將高濃度二氧化碳在高密度氫能作用下還原成碳一（C1）化合物，然后通過(guò)設計構建碳一聚合新酶，依據化學(xué)聚糖反應原理將碳一化合物聚合成碳三（C3）化合物，最后通過(guò)生物途徑優(yōu)化，將碳三化合物又聚合成碳六（C6）化合物，再進(jìn)一步合成直鏈和支鏈淀粉（Cn化合物）。

??????? “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，向設計自然、超越自然目標的實(shí)現邁進(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?！闭撐牡谝蛔髡?、中科院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所副研究員蔡韜說(shuō)。

??????? 在充足能量供給的條件下，按照目前的技術(shù)參數推算，理論上1立方米大小的生物反應器年產(chǎn)淀粉量相當于我國5畝土地玉米種植的平均年產(chǎn)量。這一成果使淀粉生產(chǎn)的傳統農業(yè)種植模式向工業(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開(kāi)辟了新的技術(shù)路線(xiàn)。

??????? 馬延和表示，該成果為從二氧化碳到淀粉生產(chǎn)的工業(yè)車(chē)間制造打開(kāi)了一扇窗，如果未來(lái)該系統過(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，提高人類(lèi)糧食安全水平，促進(jìn)碳中和的生物經(jīng)濟發(fā)展，推動(dòng)形成可持續的生物基社會(huì )。

??????? 同時(shí)，中國科學(xué)院副院長(cháng)、黨組成員，中國科學(xué)院院士周琪在發(fā)布會(huì )上強調，這項成果尚處于實(shí)驗室階段，離實(shí)際應用還有相當長(cháng)的距離，后續還需要盡快實(shí)現從“0到1”的概念突破到“1到10”和“10到100”的轉換，最終真正成為解決人類(lèi)發(fā)展面臨重大問(wèn)題和需求的有效手段和工具。

??????? 此外，該成果也得到了國內外領(lǐng)域專(zhuān)家的高度評價(jià)?！犊茖W(xué)》雜志新聞部執行主任梅根·菲蘭認為，該研究成果將為我們未來(lái)通過(guò)工業(yè)生物制造生產(chǎn)淀粉這種全球性重要物質(zhì)提供新的技術(shù)路線(xiàn)；中科院院士趙國屏表示，這是一項具有“頂天立地”重大意義的科研成果；德國科學(xué)院院士、歐洲科學(xué)院院士曼弗雷德·雷茲稱(chēng)，本項工作將該領(lǐng)域的研究向前推進(jìn)了一大步，同時(shí)將天津工業(yè)生物技術(shù)研究所推向了國際頂尖水平。

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