本報訊（農(nóng)民日報·中國農(nóng)網(wǎng)記者　鄭驚鴻）近期，中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所在淀粉人工合成方面取得重大原創(chuàng)性突破，按照工程化原理，利用生物計算技術(shù)，設(shè)計構(gòu)建了非自然的二氧化碳固定還原與淀粉合成新路徑，國際上首次在實驗室實現(xiàn)了二氧化碳到淀粉的從頭合成，使淀粉生產(chǎn)的單一傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)種植模式向工業(yè)車間生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變成為可能，該研究成果將可能為我們未來通過工業(yè)生物制造生產(chǎn)淀粉這種全球性重要物質(zhì)提供新的技術(shù)路線，不僅對未來的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、特別是糧食生產(chǎn)具有革命性的影響，而且對全球生物制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有里程碑式的意義，將在下一代生物制造和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中帶來變革性影響，其相關(guān)成果于北京時間9月24日在國際知名學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》在線發(fā)表。這是記者9月23日從中國科學(xué)院召開的2021年首次新聞發(fā)布會上獲悉的。

淀粉是糧食最主要的成分，既是人類及動物最重要的碳和能量來源，同時也是重要的工業(yè)原料。通常是由農(nóng)作物通過自然光合作用固定二氧化碳生產(chǎn)，其合成與積累涉及約60步代謝反應(yīng)以及復(fù)雜的生理調(diào)控。糧食危機、氣候變化是當(dāng)下人類面臨的重大挑戰(zhàn)，不依賴植物光合作用，設(shè)計人工生物系統(tǒng)固定二氧化碳合成淀粉是世界重大課題，此前德國、以色列、澳大利亞等國科學(xué)家積極探索，但始終沒有取得突破性進展。

中科院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所團隊，自2015年開始采用了一種類似“搭積木”的方式，從頭構(gòu)建了11步主反應(yīng)的非自然二氧化碳固定與淀粉合成新途徑，利用化學(xué)催化劑將高濃度二氧化碳在高密度氫能作用下還原成碳一（C1）化合物，然后通過設(shè)計構(gòu)建碳一聚合新酶，依據(jù)化學(xué)聚糖反應(yīng)原理將碳一化合物聚合成碳三（C3）化合物，最后通過生物途徑優(yōu)化，將碳三化合物又聚合成碳六（C6）化合物，再進一步合成直鏈和支鏈淀粉（Cn化合物），在實驗室中首次實現(xiàn)了從二氧化碳到淀粉分子的全合成，其人工途徑的淀粉合成速率是玉米淀粉合成速率的8.5倍，按照目前技術(shù)參數(shù)推算，在能量供給充足條件下，理論上1立方米大小的生物反應(yīng)器年產(chǎn)淀粉量相當(dāng)于5畝土地玉米種植的淀粉年平均產(chǎn)量（按我國玉米淀粉平均畝產(chǎn)量計算）。核磁共振等檢測發(fā)現(xiàn)，人工合成淀粉分子與天然淀粉分子的結(jié)構(gòu)組成一致。這一成果使淀粉生產(chǎn)的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)種植模式向工業(yè)車間生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變成為可能，并為二氧化碳原料合成復(fù)雜分子開辟了新的技術(shù)路線，向設(shè)計自然、超越自然目標(biāo)的實現(xiàn)邁進了一大步，為創(chuàng)建新功能的生物系統(tǒng)提供了新的科學(xué)基礎(chǔ)。

對于中國科學(xué)家的這一成果，德國科學(xué)院院士、歐洲科學(xué)院院士曼弗雷德·雷茲，美國工程院院士延斯·尼爾森，日本神戶大學(xué)副校長兼教授近藤昭彥等國際知名專家均給予高度評價，認為這一重大突破將該領(lǐng)域研究向前推進了一大步，將對下一代生物制造和農(nóng)業(yè)發(fā)展產(chǎn)生巨大影響，該研究成果將為未來通過工業(yè)生物制造生產(chǎn)淀粉提供新的技術(shù)路線，如果未來該系統(tǒng)過程成本能夠降低到與農(nóng)業(yè)種植相比具有經(jīng)濟可行性，將有可能會節(jié)約90％以上的耕地和淡水資源，避免農(nóng)藥、化肥等對環(huán)境的負面影響，提高人類糧食安全水平，促進碳中和的生物經(jīng)濟發(fā)展，推動形成可持續(xù)的生物基社會。

中科院副院長周琪表示，目前成果尚處于實驗室階段，離實際應(yīng)用還有距離，后續(xù)需要盡快實現(xiàn)從0到1進而從1到10的突破。該項目是國家合成生物技術(shù)創(chuàng)新中心的重點研究方向，中科院將集成相關(guān)科技力量，一如既往地支持該項研究深入推進。當(dāng)今世界面臨全球氣候變化、糧食安全、能源資源短缺、生態(tài)環(huán)境污染等一系列重大挑戰(zhàn)，科技創(chuàng)新已成為重塑全球格局、創(chuàng)造人類美好未來的關(guān)鍵因素。二氧化碳的轉(zhuǎn)化利用與糧食淀粉工業(yè)合成，正是應(yīng)對挑戰(zhàn)的重大科技問題之一。