设想一下 ， 不需要种地 ， 也不需要绿色植物 ， 以太阳光、水和二氧化碳为原料 ， 在工厂里就可以像植物一样生产出源源不断的淀粉……是不是很神奇？这看似遥不可及的一幕 ， 在不久的将来 ， 有望从梦想照进现实 。
近期 ， 中科院天津工业生物技术研究所与中科院大连化学物理研究所等院内外研究团队联合攻关 ， 创制了一条利用二氧化碳和电能合成淀粉的人工路线——ASAP路线 ，在实验室首次实现了从二氧化碳到淀粉的从头全合成 ， 也使淀粉生产从传统农业种植模式向工业车间生产模式转变成为可能 。 相关科学研究成果的论文24日在线发表于国际学术期刊《科学》 。
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中国科学院天津工业生物技术研究所蔡韬副研究员在实验室展示人工合成淀粉样品 。 新华社采访人员 金立旺摄
“不依赖植物光合作用 ， 设计人工生物系统固定二氧化碳 ， 合成淀粉 ，将是影响世界的重大颠覆性技术 。 ”专家表示 。
“当今世界面临全球气候变化、粮食安全、能源资源短缺、生态环境污染等一系列重大挑战 ，科技创新已成为重塑全球格局、创造人类美好未来的关键因素 。 ”在中科院副院长周琪看来 ， 二氧化碳的转化利用与人工合成淀粉 ， 正是应对挑战的重大科技问题之一 。
植物光合作用的瓶颈
中国人民偏重碳水饮食 ， 清代美食家袁枚曾在《随园食单》中这样写到 ， “粥饭本也 ， 余菜末也” ， 足见国人对碳水的宠爱 。 这里所说的碳水即碳水化合物 ， 由碳、氢、氧组成 ， 是人类生存必不可少的元素 。 而淀粉就是“粥饭”中最主要的碳水化合物 ， 它是面粉、大米、玉米等粮食的主要成分 ， 占全球热量摄入的 80% 以上 ， 是养活全球人口最重要的食物原料 ， 同时也是重要的工业原料 。
多少年来 ， 农作物通过光合作用 ， 将水、二氧化碳等无机化合物合成可作为动物饲料和人类食物的糖类乃至淀粉等碳水化合物 ， 是地球上最重要的生物化学反应过程 。但这是效率最高的淀粉生产方式吗？
根据论文通讯作者、天津工业生物所所长马延和提供的数据 ， 在玉米等农作物中 ， 将二氧化碳转变为淀粉 ， 涉及约60步代谢反应以及复杂的生理调控 ， 太阳能的利用效率不足2% 。
“植物经过亿万年进化 ， 适应了自然环境 ， 其固有属性制约了淀粉高效合成 。 ”马延和称 。
有没有一种办法能够摆脱植物来合成淀粉？自合成生物学诞生以来 ， 人们就开始尝试人工构建非自然途径 ， 实现二氧化碳到淀粉的转化 ， 以突破植物媒介光合作用的瓶颈 。
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