二氧化碳“變身”淀粉

用二氧化碳合成淀粉，換句話說，相當(dāng)于憑空也能造饅頭。

2021年9月24日，國際知名學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》雜志刊發(fā)了中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所在淀粉人工合成方面取得的重大突破性進(jìn)展。該研究在國際上首次實(shí)現(xiàn)了二氧化碳到淀粉的從頭合成。以二氧化碳為原料，不依賴植物光合作用，直接人工合成淀粉。

此次在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)從二氧化碳到淀粉的從頭合成，是繼上世紀(jì)60年代在世界上首次完成人工合成結(jié)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。

淀粉是糧食最主要的成分，通常由農(nóng)作物通過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(yīng)以及復(fù)雜的生理調(diào)控。人工合成淀粉是科技領(lǐng)域一個(gè)重大課題。此前，多國科學(xué)家積極探索，但一直未取得實(shí)質(zhì)性重要突破。

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(tuán)隊(duì)歷時(shí)6年多科研攻關(guān)，采用一種類似“搭積木”的方式，從頭設(shè)計(jì)、構(gòu)建了11步反應(yīng)的非自然固碳與淀粉合成途徑，在實(shí)驗(yàn)室中首次實(shí)現(xiàn)從二氧化碳到淀粉分子的全合成。核磁共振等檢測發(fā)現(xiàn)，人工合成淀粉分子與天然淀粉分子的結(jié)構(gòu)組成一致。實(shí)驗(yàn)室初步測試顯示，人工合成淀粉的效率約為傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)淀粉的8.5倍。在充足能量供給的條件下，按照目前技術(shù)參數(shù)，理論上1立方米大小的生物反應(yīng)器年產(chǎn)淀粉量相當(dāng)于我國5畝玉米地的年產(chǎn)淀粉量。

人工淀粉的合成是一個(gè)典型的從0到1的原創(chuàng)性突破。如果這一研究結(jié)果能進(jìn)入成熟的商業(yè)化生產(chǎn)，將對未來的農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，特別是糧食生產(chǎn)帶來革命性的影響。