以二氧化碳為原料，不依賴(lài)植物光合作用，直接人工合成淀粉——看似科幻的一幕，真實(shí)地發(fā)生在實(shí)驗(yàn)室里。我國(guó)科學(xué)家首次實(shí)現(xiàn)了二氧化碳到淀粉的從頭合成，相關(guān)成果北京時(shí)間24日由國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》在線發(fā)表。

淀粉是糧食最主要的成分，通常由農(nóng)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(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(guó)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(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(lèi)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(cè)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。

▲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）。新華社記者 金立旺 攝

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。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(guó)5畝玉米地的年產(chǎn)淀粉量。

馬延和介紹，此次研究設(shè)計(jì)、組裝出一種自然界不存在的合成代謝途徑，并使其工作效率大幅高于自然生物過(guò)程，跨越了自然途徑數(shù)億年的進(jìn)化。這一突破，為淀粉的車(chē)間生產(chǎn)打開(kāi)一扇窗口，并為二氧化碳原料合成復(fù)雜分子開(kāi)辟了新的技術(shù)路線。

對(duì)于此次成果，德國(guó)科學(xué)院院士曼弗雷德?雷茲、美國(guó)工程院院士延斯⋅尼爾森等國(guó)際知名專(zhuān)家均給予高度評(píng)價(jià)，認(rèn)為這一重大突破將該領(lǐng)域研究向前推進(jìn)了一大步。

▲中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所蔡韜副研究員在實(shí)驗(yàn)室展示人工合成淀粉樣品（9月16日攝）。新華社記者 金立旺 攝

中科院副院長(zhǎng)周琪說(shuō)，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。科研團(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(lái)讓人工合成淀粉的經(jīng)濟(jì)可行性接近農(nóng)業(yè)種植。

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