以二氧化碳為原料，不依賴植物光合作用，直接人工合成淀粉——看似科幻的一幕，真實地發(fā)生在實驗室里。我國科學家首次實現(xiàn)了二氧化碳到淀粉的從頭合成，相關(guān)成果北京時間24日由國際知名學術(shù)期刊《科學》在線發(fā)表。

淀粉是糧食最主要的成分，通常由農(nóng)作物通過自然光合作用固定二氧化碳生產(chǎn)。自然界的淀粉合成與積累，涉及60余步生化反應(yīng)以及復(fù)雜的生理調(diào)控。人工合成淀粉是科技領(lǐng)域一個重大課題。此前，多國科學家積極探索，但一直未取得實質(zhì)性重要突破。

中國科學院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所研究員馬延和帶領(lǐng)團隊，采用一種類似“搭積木”的方式，從頭設(shè)計、構(gòu)建了11步反應(yīng)的非自然固碳與淀粉合成途徑，在實驗室中首次實現(xiàn)從二氧化碳到淀粉分子的全合成。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。

▲科研團隊喬婧科研助理、蔡韜副研究員、馬延和研究員、朱蕾蕾研究員、孫紅兵科研助理（從左至右）在中國科學院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所實驗室合影（9月16日攝）。新華社記者 金立旺 攝

實驗室初步測試顯示，人工合成淀粉的效率約為傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)淀粉的8.5倍。在充足能量供給的條件下，按照目前技術(shù)參數(shù)，理論上1立方米大小的生物反應(yīng)器年產(chǎn)淀粉量相當于我國5畝玉米地的年產(chǎn)淀粉量。

馬延和介紹，此次研究設(shè)計、組裝出一種自然界不存在的合成代謝途徑，并使其工作效率大幅高于自然生物過程，跨越了自然途徑數(shù)億年的進化。這一突破，為淀粉的車間生產(chǎn)打開一扇窗口，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。

對于此次成果，德國科學院院士曼弗雷德?雷茲、美國工程院院士延斯⋅尼爾森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。

▲中國科學院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所蔡韜副研究員在實驗室展示人工合成淀粉樣品（9月16日攝）。新華社記者 金立旺 攝

中科院副院長周琪說，成果目前尚處于實驗室階段，離實際應(yīng)用還有距離，后續(xù)需盡快實現(xiàn)從“0到1”概念突破到“1到10”的轉(zhuǎn)換。

據(jù)了解，經(jīng)科技部批準，天津工業(yè)生物所正在牽頭建設(shè)國家合成生物技術(shù)創(chuàng)新中心?？蒲袌F隊的下一步目標，一方面是繼續(xù)攻克淀粉合成人工生物系統(tǒng)的設(shè)計、調(diào)控等底層科學難題，另一方面要推動成果走向產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，未來讓人工合成淀粉的經(jīng)濟可行性接近農(nóng)業(yè)種植。

來源 | 新華社客戶端