圖為中國科學院天津工業生物技術研究所副研究員蔡韬在實驗室展示人工合成澱粉樣品。中國科學院科技攝影聯盟供圖

【攻關·基礎研究】

本報北京9月24日淩晨電（記者齊芳）澱粉是人類最基本和最重要的食物，也是重要的工業原料。傳統澱粉的生産主要靠玉米等農作物通過光合作用，将二氧化碳等無機化合物合成為澱粉，需要漫長的生長周期，對土地、水、肥料、日照等資源都有要求，能量的轉化率也不高。那麼，有沒有一種方法能夠人工合成澱粉，讓人類擺脫對資源的重度依賴？這是國際學術界競争激烈的焦點科學問題。

中國科學院天津工業生物技術研究所（以下簡稱“工業生物所”）和中國科學院大連化學物理研究所（以下簡稱“大化所”）的科學家們合作探索出一條“無中生有”的技術路線，在國際上首次實現了二氧化碳到澱粉分子的全合成。相關工作9月24日發表于國際學術期刊《科學》上。

多位中外專家評論認為，不依賴植物光合作用，設計人工生物系統固定二氧化碳合成澱粉，将是影響世界的重大颠覆性技術。這更讓人們看到一種可能——農業可以由種植模式向工業車間生産模式轉變，人類向設計自然、超越自然目标的實現邁進了一大步，為創建新功能的生物系統提供了新的科學基礎。

文章的通訊作者、工業生物所所長馬延和研究員介紹，工業生物所的科研人員從頭設計了11步反應的非自然二氧化碳固定與人工合成澱粉新途徑。簡單地說，這個過程隻需要水、二氧化碳和電——分解水産生的氫氣作為還原力、将二氧化碳加氫轉化為甲醇分子，把可再生能源存儲在液體燃料中；然後以甲醇為碳骨架和能源載體，進一步通過酶催化的反應，合成生物大分子葡萄糖，最後進行聚合産生澱粉。

馬延和說：“我們采用了一種類似‘搭積木’的方式，聯合大化所利用化學催化劑将高濃度二氧化碳在高密度氫能作用下還原成碳一化合物，然後通過設計構建碳一聚合新酶，依據化學聚糖反應原理将碳一化合物聚合成碳三化合物，最後通過合成途徑優化，将碳三化合物又聚合成碳六化合物，再進一步合成直鍊和支鍊澱粉。”按照目前技術參數，在能量供給充足的條件下，理論上1立方米大小的生物反應器年産澱粉量相當于5畝土地玉米種植的澱粉産量（按我國玉米澱粉平均畝産量計算）；合成速率是玉米澱粉合成速率的8.5倍。

中國科學院副院長、中科院院士周琪說：“這一成果尚處于實驗室階段，離實際應用還有相當長的距離，後續要盡快實現從‘1到10’的突破和‘10到100’的突破，最終真正解決人類發展面臨的重大問題。”馬延和介紹，科研人員正在針對工業化的問題進行攻關，比如解決酶的穩定性、活力、成本等問題，探索多條技術路線等，“預計未來5到10年能夠建立起工業化示範裝置”。

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