我国又一个“从0到1”的原创性成果
【生产|淀粉人工合成记：又一个“从0到1”的性成果】淀粉人工合成记
很少有人意识到 ， 我们从一睁眼开始就离不开淀粉：刷牙、喝牛奶、穿衣服……作为粮食最主要的成分 ， 也是重要的工业原料 ， 淀粉几乎涉及到人们生活的方方面面 。 如此重要的高分子碳水化合物 ， 人类能否找到一种简单经济的获取方式？
早在6年前 ， 中国科学家已产生若干个大胆的科学设想：如果人类不靠种地 ， 是否也可以获得淀粉；如果占空气0.031%的二氧化碳能“变成”淀粉 ， 人类还用担心全球变暖吗；如果人类不再靠天吃饭 ， 粮食由土地种植转向工厂制造 ， 粮食危机还存在吗……如果这一系列的“如果”变为现实 ， 那么世界将如何被科学改变？
这些颇具科幻色彩的设想 ， 如今在科学家的不懈探索下有望变成现实 。 前不久 ， 中国科学院天津工业生物技术研究所(以下简称天津工业生物所)研究团队在人工合成淀粉方面取得重大突破性进展 ， 首次在实验室实现了二氧化碳到淀粉的合成 。
北京时间9月24日 ， 这一成果论文在国际学术期刊《科学》杂志在线发表 。 这被认为是“从0到1”的原创性成果 ， 突破了生化反应进化瓶颈 ， 向设计生命迈进了一大步 ， 为设计组装新功能的生物系统提供了新的科学基础 。
人工合成淀粉——典型的从0到1的原创性成果
淀粉的重要似乎不言而喻 ， 它是食物中最重要的营养成分 ， 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 。
截至目前 ， 持续了1万多年的农业种植 ， 仍是生产淀粉的唯一途径 ， 人类早已习惯了这种既有的“造物”方式 。
“自然造物”存在其局限性：上亿年来 ， 植物吸收了二氧化碳 ， 在温度、光照、生长周期等因素的复杂调控下 ， 要经过约60步代谢反应和细胞组件间运输 ， 最终才能通过“光合作用”实现淀粉的合成与积累 。
以玉米等农作物为例 ， 在自然光合作用下 ， 理论能量转化效率为2%左右 ， 太阳能利用效率过低 。 但这远远满足不了现实的需求：传统的粮食生产要消耗38%的土地、70%的淡水资源和大量的化肥、杀虫剂 。 而我国作为全球第一人口大国 ， 得用不到10%的耕地、6%的淡水资源 ， 养活全球近20%的人口 ， 粮食安全一直是我国面临的重大挑战 。
科学家早已在思考：能否实现粮食生产环节中 ， 淀粉生产范式的改变？
2018年 ， 美国提出了从二氧化碳出发合成葡萄糖(淀粉组分)的百年挑战计划 。 设计人工生物系统 ， 不依赖植物合成淀粉 ， 足以成为影响世界的重大颠覆性技术 ， “农业工业化”的科技竞争进入了新赛道 。
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