你有沒有想過未來某一天，不需要土壤，不需要施肥，也不需要種子，只需要以太陽光、水和二氧化碳為原料，就能生產(chǎn)淀粉，為人類提供源源不斷的生存養(yǎng)料，沒有污染、沒有貧困和饑餓？

這種荒誕大膽的設定，恐怕只有科幻小說才敢這么書寫。然而這個看似可笑的想法，中國科學家歷時6年多科研攻關，已經(jīng)給出肯定和詳細的答案，真切的發(fā)生的實驗室里，在不久的將來，有望實現(xiàn)。

中科院天津工業(yè)生物技術研究所蔡韜副研究員在實驗室展示人工合成淀粉樣品。　

中科院科技攝影聯(lián)盟 供圖

從0到1的突破

北京時間9月24日，由中國科學院天津工業(yè)生物技術研究所主導完成的人工合成淀粉重大科技突破進展成果論文，在著名國際學術期刊《科學》上線發(fā)表。這是繼上世紀60年代在世界上首次完成人工合成結晶牛胰島素之后，中國科學家又在人工合成淀粉方面取得重大顛覆性、原創(chuàng)性突破——國際上首次在實驗室實現(xiàn)二氧化碳到淀粉的從頭合成。

在中國科學院天津工業(yè)生物技術研究所實驗室，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

該研究所人員提出了一種顛覆性的淀粉制備方法，不依賴植物光合作用，以二氧化碳、電解產(chǎn)生的氫氣為原料，直接合成淀粉。使淀粉生產(chǎn)從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)種植模式像工業(yè)車間生產(chǎn)模式轉變成為可能，并為二氧化碳原料合成復雜分子提供了新技術路線。

人工合成淀粉的重大意義

淀粉是糧食種類中最主要的成分，比如面粉、大米、玉米等，是養(yǎng)活全球人口最重要的食物原料，同時也是重要的工業(yè)原料。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余步生化反應以及復雜的生理調控。中國科學院天津工業(yè)生物技術研究所研究員馬延和帶領團隊，采用一種類似“搭積木”的方式，從頭設計、構建了11步反應的非自然固碳與淀粉合成途徑，在實驗室中首次實現(xiàn)從二氧化碳到淀粉分子的全合成。

科研團隊喬婧科研助理、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）在中國科學院天津工業(yè)生物技術研究所實驗室合影（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，向實現(xiàn)設計自然、超越自然的目標邁進了一大步，為創(chuàng)建新功能的生物系統(tǒng)提供了新的科學基礎。

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)濟可行性，將會節(jié)約90%以上的耕地和淡水資源，避免農(nóng)藥、化肥等對環(huán)境的負面影響，推動形成可持續(xù)的生物基社會，提高人類糧食安全水平。同時，最新研究成果實現(xiàn)在無細胞系統(tǒng)中用二氧化碳和電解產(chǎn)生的氫氣合成淀粉的化學-生物法聯(lián)合的人工淀粉合成途徑(ASAP)，為推進“碳達峰”和“碳中和”目標實現(xiàn)的技術路線提供一種新思路。

人工合成淀粉應用前景

該成果不僅對未來的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)特別是糧食生產(chǎn)具有革命性的影響，而且對全球生物制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有里程碑式的意義。

“如果把人工合成淀粉做成面條、粉絲，大概會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，目前實驗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雜。

自動化淀粉加工設備生產(chǎn)出的淀粉

論文第一作者、天津工業(yè)生物所副研究員蔡韜興奮地說：“我們拿合成淀粉與自然界中的淀粉比較，得到核磁結果是一模一樣的，可以說，合成淀粉實際上與自然的淀粉是沒有區(qū)別的。”蔡韜說，實驗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，干燥后會變成粉狀”。

這意味著什么？數(shù)據(jù)顯示，2019年，全世界有近7.5億人面臨重度糧食不安全，占世界總人口近十分之一。“即使是替代一部分糧食淀粉作為工業(yè)原料甚至飼料，也是對緩解農(nóng)業(yè)壓力的巨大貢獻。”馬延和表示。

不過，這一成果目前尚處于實驗室階段，離實際應用還有距離。后續(xù)需盡快實現(xiàn)從“0到1”概念突破到“1到10”的轉換。

據(jù)了解，經(jīng)科技部批準，天津工業(yè)生物所正在牽頭建設國家合成生物技術創(chuàng)新中心。科研團隊的下一步目標，一方面是繼續(xù)攻克淀粉合成人工生物系統(tǒng)的設計、調控等底層科學難題，另一方面要推動成果走向產(chǎn)業(yè)應用，未來讓人工合成淀粉的經(jīng)濟可行性接近農(nóng)業(yè)種植。

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文章及資料來源：新華社、中國科學報、中國新聞網(wǎng)、經(jīng)濟日報、海外網(wǎng)