驚艷全球！中國(guó)科學(xué)家重大突破，“空氣變面條”成現(xiàn)實(shí)！再也不擔(dān)心耕地和糧食不夠了？網(wǎng)友：不知口感怎么樣

每經(jīng)編輯 盧祥勇    

二氧化碳能合成淀粉嗎？對(duì)這個(gè)貌似天方夜譚的問題，中國(guó)科學(xué)家給出了肯定和詳細(xì)的答案。

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——我國(guó)科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室里首次實(shí)現(xiàn)二氧化碳到淀粉的從頭合成，成果北京時(shí)間24日由國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》發(fā)表。

在中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所實(shí)驗(yàn)室，科研人員展示人工合成淀粉樣品（9月16日攝）。圖片來源：新華社記者 金立旺 攝

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。中國(guó)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)，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。

實(shí)驗(yàn)室初步測(cè)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。不過，這一成果目前尚處于實(shí)驗(yàn)室階段，離實(shí)際應(yīng)用還有距離。

該消息一度沖上知乎全站熱度第一名。在微博上討論也十分熱鬧，有網(wǎng)友表示：好吃嗎？

也有不少網(wǎng)友關(guān)注成本問題。

實(shí)現(xiàn)二氧化碳到淀粉從頭合成

據(jù)中國(guó)科學(xué)報(bào)，9月24日，《科學(xué)》刊發(fā)中國(guó)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(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了二氧化碳到淀粉的從頭合成。

淀粉是糧食最主要的成分，也是重要的工業(yè)原料。中國(guó)科學(xué)院副院長(zhǎng)、中國(guó)科學(xué)院院士周琪表示，當(dāng)今世界正面臨全球氣候變化、糧食安全、能源資源短缺、生態(tài)環(huán)境污染等一系列重大挑戰(zhàn)，科技創(chuàng)新已成為重塑世界格局、創(chuàng)造人類美好未來的關(guān)鍵因素。

二氧化碳轉(zhuǎn)化利用與糧食淀粉工業(yè)合成，正是應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)的重大科技問題之一。

論文通訊作者，天津工業(yè)生物所所長(zhǎng)、研究員馬延和介紹，天津工業(yè)生物所從頭設(shè)計(jì)了11步主反應(yīng)的非自然二氧化碳固定與淀粉合成新途徑，在實(shí)驗(yàn)室中首次實(shí)現(xiàn)了從二氧化碳到淀粉分子的全合成。

研究團(tuán)隊(duì)采用了一種類似“搭積木”的方式，聯(lián)合大連化學(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化合物，然后通過設(shè)計(jì)構(gòu)建碳一聚合新酶，依據(jù)化學(xué)聚糖反應(yīng)原理將碳一化合物聚合成碳三化合物，最后通過生物途徑優(yōu)化，將碳三化合物又聚合成碳六化合物，再進(jìn)一步合成直鏈和支鏈淀粉。

科研團(tuán)隊(duì)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(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所實(shí)驗(yàn)室合影（9月16日攝）。圖片來源：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?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)自然、超越自然的目標(biāo)邁進(jìn)了一大步，為創(chuàng)建新功能的生物系統(tǒng)提供了新的科學(xué)基礎(chǔ)。

業(yè)內(nèi)專家稱，如果未來二氧化碳人工合成淀粉的系統(tǒng)過程成本能夠降低到與農(nóng)業(yè)種植相比具有經(jīng)濟(jì)可行性，將會(huì)節(jié)約90%以上的耕地和淡水資源，避免農(nóng)藥、化肥等對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響，推動(dòng)形成可持續(xù)的生物基社會(huì)，提高人類糧食安全水平。同時(shí)，最新研究成果實(shí)現(xiàn)在無細(xì)胞系統(tǒng)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(dá)峰”和“碳中和”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的技術(shù)路線提供一種新思路。

“如果人工合成淀粉示范可以達(dá)到理論能量轉(zhuǎn)換效率的80%，那么10度電大約可以合成1公斤淀粉。”論文通信作者、天津工生所所長(zhǎng)馬延和表示。

按照目前的技術(shù)參數(shù)推算，理論上1立方米大小的生物反應(yīng)器年產(chǎn)量，相當(dāng)于我國(guó)5畝土地玉米種植的淀粉年平均產(chǎn)量。

根據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部市場(chǎng)預(yù)警專家委員會(huì)的預(yù)測(cè)，2021-2022年度，中國(guó)玉米種植面積約6.40億畝（中國(guó)耕地總面積18.5億畝，小編注），較上年度增加2109萬畝，增長(zhǎng)3.4%；預(yù)計(jì)玉米總產(chǎn)量2.72億噸，比上年度增長(zhǎng)4.3%。

國(guó)內(nèi)外領(lǐng)域?qū)＜以u(píng)價(jià)認(rèn)為，該成果是“典型的0到1原創(chuàng)性突破”，“擴(kuò)展并提升人工光合作用能力前沿研究領(lǐng)域的重大突破，是一項(xiàng)具有‘頂天立地’重大意義的科研成果”；“不僅對(duì)未來的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)特別是糧食生產(chǎn)具有革命性的影響，而且對(duì)全球生物制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有里程碑式的意義”；“將給下一代生物制造和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來變革性影響”。

人工合成淀粉是什么味道？

“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。”馬延和表示，自然淀粉是直鏈淀粉和支鏈淀粉混在一起，目前實(shí)驗(yàn)室里合成的主要是直鏈淀粉，合成的支鏈淀粉沒有自然淀粉中的支鏈淀粉那么復(fù)雜。

“在外觀上，人工合成淀粉跟從玉米、薯類等農(nóng)作物中提純出來的淀粉看起來是一樣的?！辈添w說，實(shí)驗(yàn)室里通過人工合成產(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”。

9月23日，中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所馬延和研究員在發(fā)布會(huì)上向媒體介紹研究成果。圖片來源：新華社記者 金立旺 攝

科研人員對(duì)淀粉的基本判斷方法是在溶液中加碘液，直鏈淀粉遇碘呈藍(lán)色，支鏈淀粉遇碘呈紫紅色。此外，他們還專門對(duì)合成物進(jìn)行了理化分析。“通過核磁共振等檢測(cè)，它和自然生產(chǎn)的淀粉一模一樣?！辈添w說。

中科院副院長(zhǎng)周琪說，成果目前尚處于實(shí)驗(yàn)室階段，離實(shí)際應(yīng)用還有距離，后續(xù)需盡快實(shí)現(xiàn)從“0到1”概念突破到“1到10”的轉(zhuǎn)換。

據(jù)了解，經(jīng)科技部批準(zhǔn)，天津工業(yè)生物所正在牽頭建設(shè)國(guó)家合成生物技術(shù)創(chuàng)新中心?？蒲袌F(tuán)隊(duì)的下一步目標(biāo)，一方面是繼續(xù)攻克淀粉合成人工生物系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、調(diào)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(yīng)用，未來讓人工合成淀粉的經(jīng)濟(jì)可行性接近農(nóng)業(yè)種植。

編輯|盧祥勇 杜恒峰

校對(duì)|孫志成

每日經(jīng)濟(jì)新聞綜合自新華社、中國(guó)科學(xué)報(bào)

德爾塔毒株全球大流行，點(diǎn)擊下方圖片或掃描下方二維碼，查看最新疫情數(shù)據(jù)↓