生产|我国又一个“从0到1”的性成果 淀粉人工合成记


生产|我国又一个“从0到1”的性成果 淀粉人工合成记
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在中国科学院天津工业生物技术研究所实验室 , 科研人员展示人工合成淀粉样品(9月16日摄) 。 新华社采访人员 金立旺/摄

生产|我国又一个“从0到1”的性成果 淀粉人工合成记
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科研团队乔婧科研助理、蔡韬副研究员、马延和研究员、朱蕾蕾研究员、孙红兵科研助理(从左至右)在中国科学院天津工业生物技术研究所实验室合影(9月16日摄) 。 新华社采访人员 金立旺/摄
很少有人意识到 , 我们从一睁眼开始就离不开淀粉:刷牙、喝牛奶、穿衣服……作为粮食最主要的成分 , 也是重要的工业原料 , 淀粉几乎涉及到人们生活的方方面面 。 如此重要的高分子碳水化合物 , 人类能否找到一种简单经济的获取方式?
早在6年前 , 中国科学家已产生若干个大胆的科学设想:如果人类不靠种地 , 是否也可以获得淀粉;如果占空气0.031%的二氧化碳能“变成”淀粉 , 人类还用担心全球变暖吗;如果人类不再靠天吃饭 , 粮食由土地种植转向工厂制造 , 粮食危机还存在吗……如果这一系列的“如果”变为现实 , 那么世界将如何被科学改变?
这些颇具科幻色彩的设想 , 如今在科学家的不懈探索下有望变成现实 。 前不久 , 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)研究团队在人工合成淀粉方面取得重大突破性进展 , 首次在实验室实现了二氧化碳到淀粉的合成 。
北京时间9月24日 , 这一成果论文在国际学术期刊《科学》杂志在线发表 。 这被认为是“从0到1”的原创性成果 , 突破了生化反应进化瓶颈 , 向设计生命迈进了一大步 , 为设计组装新功能的生物系统提供了新的科学基础 。
人工合成淀粉——典型的从0到1的原创性成果
淀粉的重要似乎不言而喻 , 它是食物中最重要的营养成分 , 提供全球超过80%的卡路里 , 同时也是重要的饲料组分和工业原料 。 如果生产了近20亿吨谷物粮食 , 其中约12亿-14亿吨是淀粉 。
截至目前 , 持续了1万多年的农业种植 , 仍是生产淀粉的唯一途径 , 人类早已习惯了这种既有的“造物”方式 。
“自然造物”存在其局限性:上亿年来 , 植物吸收了二氧化碳 , 在温度、光照、生长周期等因素的复杂调控下 , 要经过约60步代谢反应和细胞组件间运输 , 最终才能通过“光合作用”实现淀粉的合成与积累 。
以玉米等农作物为例 , 在自然光合作用下 , 理论能量转化效率为2%左右 , 太阳能利用效率过低 。 但这远远满足不了现实的需求:传统的粮食生产要消耗38%的土地、70%的淡水资源和大量的化肥、杀虫剂 。 而我国作为全球第一人口大国 , 得用不到10%的耕地、6%的淡水资源 , 养活全球近20%的人口 , 粮食安全一直是我国面临的重大挑战 。

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