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种粮食 ， 种粮食……过去 ， 粮食必须在土地里种植 。 但某些科幻作品里 ， 粮食则是通过工厂里的机器加工而成 ， 甚至有人认为未来的人类可以以空气为食 。 如今 ， 这个幻想逐渐变成现实 。
什么是人工合成淀粉淀粉的重要性似乎不言而喻 ， 我们生活的方方面面都涉及到淀粉：刷牙、喝牛奶、穿衣服……它是食物中最重要的营养成分 ， 是面粉、大米、玉米等粮食的主要成分 ， 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 。
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一般而言 ， 淀粉主要由绿色植物通过光合作用固定二氧化碳进行合成 。 但通过光合作用生产淀粉的过程存在能量利用效率低、生长周期长的特点 。 例如玉米等常见农作物在将二氧化碳转变为淀粉的过程中 ， 涉及60多步的代谢反应和复杂的生理调控 。 在这个过程中 ， 太阳能的理论利用效率不超过2% 。 并且 ， 农作物的种植通常需要数月的周期 ， 期间还需要大量的土地、淡水、肥料等资源 。
科学家们很早就开始思考：如果不依靠植物 ， 不去种地 ， 是否也可以获得淀粉？如果粮食由土地种植转向工厂制造 ， 人类不需要靠天吃饭 ， 粮食危机还会存在吗？如果人类可以将二氧化碳能“变成”淀粉 ， 那么全球变暖的危机会消失吗？
科研人员一直希望改进光合作用这一生命过程 ， 通过提高二氧化碳的转化速率和光能的利用效率 ， 最终提升淀粉的生产效率 。
但实现这一目标 ， 并不是一件容易的事 。 人工合成淀粉涉及合成生物学 ， 被公认为是影响未来的颠覆性技术 。 模拟自然作物光合作用 ， 重新设计生命合成代谢过程 ， 设计人工生物系统 ， 不依赖植物种植进行淀粉制造 ， 存在着很多不确定因素 ， 特别是科学问题复杂、技术路线不清、瓶颈问题难测 。 这就需要人们在科学研究上大胆实践、勇闯“无人区” 。
2015 年 ， 国际纳米材料科学家杨培东构建出了一套“人工光合作用”系统 ， 通过纳米线和细菌组成的系统 ， 模拟自然界的光合作用 ， 把二氧化碳和水转变成碳水化合物 。 2018 年 ， 美国国家航空航天局（NASA）发起了名为“二氧化碳转化挑战赛”的“百年挑战计划” ， 希望能将火星上最充足的资源——二氧化碳 ， 转化成葡萄糖等有用的化合物 ， 以满足人类在火星上生存和生活所需 。 这些研究都为人工合成淀粉技术打下基础 。
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