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自然界|二氧化碳人工合成淀粉，未来不用种地了吗？

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新京报讯（采访人员 张璐）近期 ， 中科院天津工业生物技术研究所在淀粉人工合成方面取得突破性进展 ， 在国际上首次实现二氧化碳到淀粉的从头合成 。 相关成果于9月24日在线发表在国际学术期刊《科学》上 。
这项相关成果使淀粉生产的传统农业种植模式向工业车间生产模式转变成为可能 ， 并为二氧化碳原料合成复杂分子提供了新的技术路线 。 专家认为 ， 这是一项颠覆式的创新 ， 未来有望解决粮食问题 。
焦点1：二氧化碳人工变淀粉 ， 如何实现的？
淀粉是具有重要营养价值的主要碳水化合物 。 农作物通过光合作用 ， 将太阳光能、二氧化碳和水转化为淀粉 。 但是 ， 在玉米等农作物中 ， 将二氧化碳转变为淀粉涉及超过60步的生物化学反应和复杂的生理调控 ， 太阳能的利用效率不超过2% 。
从能量角度看 ， 光合作用的本质是将太阳光能转化为淀粉中储存的化学能 。 如何更高效地将光能转变为化学能？
据中科院官网信息显示 ， 科研人员想到了“光能—电能—化学能”的能量转变方式 ， 首先通过光伏发电将光能转变为电能 ， 通过光伏电水解产生氢气 ， 然后通过催化利用氢气将二氧化碳还原生成甲醇 ， 将电能转化为甲醇中储存的化学能 ， 该过程的能量转化效率超过10% ， 远超光合作用的能量利用效率 。
甲醇储存了来自太阳能的能量 ， 但是自然界中并不存在甲醇合成淀粉的生命过程 。 科研人员利用合成生物学的思想 ， 从海量的生物化学反应数据中设计出了甲醇到淀粉的人工路线ASAP（Artificial Starch Anabolic Pathway） 。
为将设计蓝图变为现实 ， 科研人员挖掘与改造了来自动物、植物、微生物等31不同物种的62个生物酶催化剂 ， 最终优中选优 ， 使用10个酶逐步将一碳的甲醇转化为三碳的二羟基丙酮 ， 进一步转化为六碳的磷酸葡萄糖 ， 最后转化为淀粉 。
焦点2：合成的淀粉和自然淀粉一样吗？这种合成有何优势？
“我们通过了科学上的金标准 ， 就是核磁检测 。 拿我们合成的直链淀粉和支链淀粉与自然界中的进行比对 ， 得到的核磁结果一模一样 。 ”中科院天津工业生物所副研究员蔡韬说 ， 合成的淀粉实际上和自然淀粉没有区别 。
据悉 ， 传统淀粉依赖提取 ， 产物多为大分子支链淀粉 。 ASAP不仅能合成易消化的支链淀粉 ， 还能合成消化慢、升糖慢的直链淀粉 。
中科院科研人员创制的利用二氧化碳和电能合成淀粉的人工路线 ， 仅涉及11步生化反应 ， 淀粉的生产效率是玉米光合作用的8倍以上 。 整个过程可在一个生物反应器中进行 ， 1立方米生物反应器年产淀粉量相当于5亩土地玉米种植的淀粉产量 。
焦点3：为何要摆脱植物进行二氧化碳固定？

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