粮食不需要土地种植 ， 可以在生产车间中制造出来 。 如今 ， 这个看似天方夜谭的想象正在成为可能 。
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（9月16日摄） 。
日前 ， 中国科学院天津工业生物技术研究所（以下简称“天津工业生物所”）在淀粉人工合成方面取得重大突破性进展 ， 在国际上首次在实验室实现了二氧化碳到淀粉的从头合成 。 该成果于北京时间9月24日在线发表在国际学术期刊《科学》 。
“这也意味着 ， 我们所需要的淀粉 ， 今后可以将二氧化碳作为原料 ， 通过类似酿造啤酒的过程 ， 在生产车间中制造出来 。 ”天津工业生物所所长马延和说 。
将二氧化碳还原生成甲醇 ， 再转化为淀粉
淀粉是人类粮食的最主要成分 ， 同时也是重要的工业原料 。 目前淀粉主要由农作物通过光合作用 ， 将太阳光能、二氧化碳和水转化而成 。
长期以来 ， 科研人员一直在努力改进光合作用这一生命过程 ， 希望提高二氧化碳和光能的利用效率 ， 最终提升淀粉的生产效率 。
这次 ， 天津工业生物所的科研人员就成功创制了一条利用二氧化碳和电解产生的氢气合成淀粉的人工路线 。 这条路线涉及11步核心生化反应 ， 淀粉合成速率是玉米淀粉合成速率的8.5倍 。
从能量角度看 ， 光合作用的本质是将太阳光能转化为淀粉中储存的化学能 。 因此 ， 将光能高效地转变为化学能并储存下来成为关键 。
“我们想到了光能—电能—化学能的能量转变方式 。 ”天津工业生物所副所长王钦宏说：“首先 ， 光伏发电将光能转变为电能 ， 通过光伏电水解产生氢气；然后 ， 通过催化剂利用氢气将二氧化碳还原生成甲醇 ， 将电能转化为甲醇中储存的化学能 。 这个过程的能量转化效率超过10% ， 远超光合作用的能量利用效率 。 ”
自然界中并不存在甲醇合成淀粉的生命过程 。 王钦宏说：“要想人工实现这个过程 ， 关键是要制造出自然界中原本不存在的酶催化剂 。 ”
科研人员挖掘和改造了来自动物、植物、微生物等31个不同物种的62个生物酶催化剂 ， 最终优中选优 ， 使用10个酶逐步将甲醇转化为淀粉 。 这种路径不仅能合成易消化的支链淀粉 ， 还能合成消化慢、升糖慢的直链淀粉 。
“也许在不久的将来 ， 不需要种地 ， 也能够满足我们对碳水化合物的需要 。 ”王钦宏说 。
在人工合成途径构建上实现跨越式突破
不依赖植物光合作用、人工合成碳水化合物 ， 一直是世界各国科学家的梦想 。 此前 ， 华人科学家杨培东曾带领团队利用聚糖反应成功将二氧化碳转化为多种单糖混合物 。
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