原標(biāo)題：水+二氧化碳+電=淀粉（主題）

我科學(xué)家在國際上首次實現(xiàn)二氧化碳到淀粉的人工合成（副題）

【攻關(guān)·基礎(chǔ)研究】

光明日報北京9月24日凌晨電 淀粉是人類最基本和最重要的食物，也是重要的工業(yè)原料。傳統(tǒng)淀粉的生產(chǎn)主要靠玉米等農(nóng)作物通過光合作用，將二氧化碳等無機化合物合成為淀粉，需要漫長的生長周期，對土地、水、肥料、日照等資源都有要求，能量的轉(zhuǎn)化率也不高。那么，有沒有一種方法能夠人工合成淀粉，讓人類擺脫對資源的重度依賴？這是國際學(xué)術(shù)界競爭激烈的焦點科學(xué)問題。

圖為中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所副研究員蔡韜在實驗室展示人工合成淀粉樣品。中國科學(xué)院科技攝影聯(lián)盟供圖

中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所（以下簡稱“工業(yè)生物所”）和中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所（以下簡稱“大化所”）的科學(xué)家們合作探索出一條“無中生有”的技術(shù)路線，在國際上首次實現(xiàn)了二氧化碳到淀粉分子的全合成。相關(guān)工作9月24日發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》上。

多位中外專家評論認(rèn)為，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，將是影響世界的重大顛覆性技術(shù)。這更讓人們看到一種可能——農(nóng)業(yè)可以由種植模式向工業(yè)車間生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變，人類向設(shè)計自然、超越自然目標(biāo)的實現(xiàn)邁進(jìn)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)。

文章的通訊作者、工業(yè)生物所所長馬延和研究員介紹，工業(yè)生物所的科研人員從頭設(shè)計了11步反應(yīng)的非自然二氧化碳固定與人工合成淀粉新途徑。簡單地說，這個過程只需要水、二氧化碳和電——分解水產(chǎn)生的氫氣作為還原力、將二氧化碳加氫轉(zhuǎn)化為甲醇分子，把可再生能源存儲在液體燃料中；然后以甲醇為碳骨架和能源載體，進(jìn)一步通過酶催化的反應(yīng)，合成生物大分子葡萄糖，最后進(jìn)行聚合產(chǎn)生淀粉。

馬延和說：“我們采用了一種類似‘搭積木’的方式，聯(lián)合大化所利用化學(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化合物，最后通過合成途徑優(yōu)化，將碳三化合物又聚合成碳六化合物，再進(jìn)一步合成直鏈和支鏈淀粉。”按照目前技術(shù)參數(shù)，在能量供給充足的條件下，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產(chǎn)量（按我國玉米淀粉平均畝產(chǎn)量計算）；合成速率是玉米淀粉合成速率的8.5倍。

中國科學(xué)院副院長、中科院院士周琪說：“這一成果尚處于實驗室階段，離實際應(yīng)用還有相當(dāng)長的距離，后續(xù)要盡快實現(xiàn)從‘1到10’的突破和‘10到100’的突破，最終真正解決人類發(fā)展面臨的重大問題。”馬延和介紹，科研人員正在針對工業(yè)化的問題進(jìn)行攻關(guān)，比如解決酶的穩(wěn)定性、活力、成本等問題，探索多條技術(shù)路線等，“預(yù)計未來5到10年能夠建立起工業(yè)化示范裝置”。（記者 齊芳）

關(guān)鍵詞： 二氧化碳 淀粉