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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，真實地發生在實驗室里。我國科學家首次實現了二氧化碳到淀粉的從頭合成，相關成果北京時間24日由國際知名學術期刊《科學》在線發表。
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2021-9-24 16:15 上傳
淀粉是糧食最主要的成分，通常由農作物通過自然光合作用固定二氧化碳生產。自然界的淀粉合成與積累，涉及60余步生化反應以及復雜的生理調控。人工合成淀粉是科技領域一個重大課題。此前，多國科學家積極探索，但一直未取得實質性重要突破。 中國科學院天津工業生物技術研究所研究員馬延和帶領團隊，采用一種類似“搭積木”的方式，從頭設計、構建了11步反應的非自然固碳與淀粉合成途徑，在實驗室中首次實現從二氧化碳到淀粉分子的全合成。核磁共振等檢測發現，人工合成淀粉分子與天然淀粉分子的結構組成一致。
實驗室初步測試顯示，人工合成淀粉的效率約為傳統農業生產淀粉的8.5倍。在充足能量供給的條件下，按照目前技術參數，理論上1立方米大小的生物反應器年產淀粉量相當于我國5畝玉米地的年產淀粉量。 馬延和介紹，此次研究設計、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，跨越了自然途徑數億年的進化。這一突破，為淀粉的車間生產打開一扇窗口，并為二氧化碳原料合成復雜分子開辟了新的技術路線。
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域研究向前推進了一大步。
中科院副院長周琪說，成果目前尚處于實驗室階段，離實際應用還有距離，后續需盡快實現從“0到1”概念突破到“1到10”的轉換。
據了解，經科技部批準，天津工業生物所正在牽頭建設國家合成生物技術創新中心。科研團隊的下一步目標，一方面是繼續攻克淀粉合成人工生物系統的設計、調控等底層科學難題，另一方面要推動成果走向產業應用，未來讓人工合成淀粉的經濟可行性接近農業種植。
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