以二氧化碳为原料 ， 不依赖植物光合作用 ， 直接人工合成淀粉——看似科幻的一幕 ， 真实地发生在实验室里 。 我国科学家首次实现了二氧化碳到淀粉的从头合成 ， 相关成果北京时间24日由国际知名学术期刊《科学》在线发表 。
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淀粉是粮食最主要的成分 ， 通常由农作物通过自然光合作用固定二氧化碳生产 。 自然界的淀粉合成与积累 ， 涉及60余步生化反应以及复杂的生理调控 。 人工合成淀粉是科技领域一个重大课题 。 此前 ， 多国科学家积极探索 ， 但一直未取得实质性重要突破 。
中国科学院天津工业生物技术研究所研究员马延和带领团队 ， 采用一种类似“搭积木”的方式 ， 从头设计、构建了11步反应的非自然固碳与淀粉合成途径 ， 在实验室中首次实现从二氧化碳到淀粉分子的全合成 。 核磁共振等检测发现 ， 人工合成淀粉分子与天然淀粉分子的结构组成一致 。
实验室初步测试显示 ， 人工合成淀粉的效率约为传统农业生产淀粉的8.5倍 。 在充足能量供给的条件下 ， 按照目前技术参数 ， 理论上1立方米大小的生物反应器年产淀粉量相当于我国5亩玉米地的年产淀粉量 。
马延和介绍 ， 此次研究设计、组装出一种自然界不存在的合成代谢途径 ， 并使其工作效率大幅高于自然生物过程 ， 跨越了自然途径数亿年的进化 。 这一突破 ， 为淀粉的车间生产打开一扇窗口 ， 并为二氧化碳原料合成复杂分子开辟了新的技术路线 。
对于此次成果 ， 德国科学院院士曼弗雷德?雷兹、美国工程院院士延斯?尼尔森等国际知名专家均给予高度评价 ， 认为这一重大突破将该领域研究向前推进了一大步 。
中科院副院长周琪说 ， 成果目前尚处于实验室阶段 ， 离实际应用还有距离 ， 后续需尽快实现从“0到1”概念突破到“1到10”的转换 。
据了解 ， 经科技部批准 ， 天津工业生物所正在牵头建设国家合成生物技术创新中心 。 科研团队的下一步目标 ， 一方面是继续攻克淀粉合成人工生物系统的设计、调控等底层科学难题 ， 另一方面要推动成果走向产业应用 ， 未来让人工合成淀粉的经济可行性接近农业种植 。
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