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点击上方蓝字 关注中经网中国科学院天津工业生物技术研究所(中科院天津工业生物所)历时6年多科研攻关，主导完成的人工合成淀粉，取得重大颠覆性、原创性突破——国际上首次在实验室实现二氧化碳到淀粉的从头合成，成果论文，北京时间

9月24日凌晨在著名国际学术期刊《科学》上线发表继上世纪60年代在世界上首次完成人工合成结晶牛胰岛素之后，中国科学家又在人工合成淀粉方面取得成功，这被誉为人类一万年历史最伟大的发明（一）该所自2015年起聚焦人工合成淀粉与二氧化碳生物转化利用，开展需求导向科技攻关，集聚所内外创新资源，加强“学科

-任务-平台”整合，实现各方科研力量的有机融合和高效协同，组建当初平均年龄30周岁的优秀青年科学家团队，持续6年深耕人工合成淀粉项目研发青年科学家团队从头设计出11步反应的非自然二氧化碳固定与人工合成淀粉新途径，在实验室中首次实现从二氧化碳到淀粉分子的全合成。

他们采用一种类似“搭积木”的方式，联合中科院大连化学物理研究所，利用化学催化剂将高浓度二氧化碳在高密度氢能作用下还原成碳一(C1)化合物，然后通过设计构建碳一聚合新酶，依据化学聚糖反应原理将碳一化合物聚合成碳三

(C3)化合物，最后通过生物途径优化，将碳三化合物又聚合成碳六(C6)化合物，再进一步合成直链和支链淀粉(Cn化合物)该团队还通过耦合化学催化与生物催化模块体系，创新高密度能量与高浓度二氧化碳利用的生物过程技术，通过反应时空分离优化，解决人工途径中底物竞争、产物抑制、热。

/动力学匹配等问题，扩展人工光合作用的能力按照目前技术参数，在能量供给充足条件下，理论上1立方米大小的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(按中国玉米淀粉平均亩产量计算)这一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开辟新的技术路线。

中国科学家在淀粉人工合成方面取得的重大颠覆性成果，也获中外同行专家高度评价，认为这是“典型的0到1原创性突破”，是“扩展并提升人工光合作用能力前沿研究领域的重大突破，是一项具有‘顶天立地’重大意义的科研成果”“不仅对未来的农业生产、特别是粮食生产具有革命性的影响，而且对全球生物制造产业的发展具有里程碑式的意义”“将在下一代生物制造和农业生产中带来变革性影响”。

（二）此次人工合成淀粉的意义在于：有可能直接用二氧化碳高效生产人们食用的淀粉，而不需要通过种植农作物光合作用低效率产生淀粉，彻底解决吃饭问题和粮食安全问题长期以来，粮食安全问题一直是我国国家战略问题仓廪实，天下安。

习近平总书记曾多次谈到：“对我们这样一个有着14亿人口的大国来说，农业基础地位任何时候都不能忽视和削弱，手中有粮、心中不慌在任何时候都是真理”“我们这一代人或多或少都有吃不饱、饿肚子的记忆”“在粮食问题上不能侥幸、不能折腾。

”“如果口粮依赖进口，我们就会被别人牵着鼻子走”…………众所周知，糖类和脂肪、蛋白质并称为人体三大营养物质我们所吃的米饭、馒头、面条都会被人体分解为淀粉，最后分解为糖，为人体提供能量而在自然条件下，淀粉这种葡萄糖分子聚合而成的多糖，只能依靠绿色植物或藻类，利用太阳的光能，通过复杂的光合作用同化二氧化碳和水来制造。

而人工合成淀粉，则让人类绕开了植物，直接生产生命所需的糖类物质如果该技术进一步成熟并能被广泛应用，那么获得粮食将不再依赖农民辛勤的耕种淀粉是粮食最主要的成分，同时也是重要的工业原料目前，淀粉主要由玉米等农作物通过自然光合作用固定二氧化碳生产，淀粉合成与积累涉及。

60余步代谢反应以及复杂的生理调控，理论能量转化效率仅为2%左右农作物的种植通常需要较长周期，需要使用大量土地、淡水等资源以及肥料、农药等农业生产资料粮食危机、气候变化是人类面临的重大挑战，粮食淀粉可持续供给、二氧化碳转化利用是当今世界科技创新的战略方向。

而不依赖植物光合作用，设计人工生物系统固定二氧化碳合成淀粉，是影响世界的重大颠覆性技术与此同时，粮食危机、气候变化是人类面临的重大挑战目前全球以淀粉为原料的产品大约有3万多种，找到更廉价、更大量的替代淀粉，对于促进碳中和的生物经济发展，推动可持续经济，有望起到积极作用。

（三）中科院天津工业生物技术研究所的这一人工途径的淀粉合成速率是玉米淀粉合成速率的8.5倍换算下来，如果用设备人工合成淀粉，20万亩单层设备可造全国玉米总产量，十层只需要2万亩可以想见，这样：（1）二氧化碳是容易获取的材料，成本低廉，大气中海洋里，可以说取之不尽用之不竭。

（2）二氧化碳还是人们讨厌的材料，消耗掉，正好可解决头疼的碳达峰碳中和难题，为工农业生产和人们生活腾出二氧化碳排放空间最新研究成果实现在无细胞系统中用二氧化碳和电解产生的氢气合成淀粉的化学-生物法联合的人工淀粉合成途径。

(ASAP)，为推进“碳达峰”和“碳中和”目标实现的技术路线提供一种新思路（3）可以彻底根除粮食危机，这对于像中国这样吃饱饭没多少年饿怕了的民族意义深远（4）可以节约大量耕种土地对于我国人口14亿，又在快速城市化，房地产持续高涨，这样的大国，耕地往往是最好的建设用地，节约土地价值巨大。

我国长期坚持的18亿亩耕地红线政策就无需再坚守了（5）人工合成淀粉不仅仅是最终的产物淀粉，还有从二氧化碳到淀粉转化过程中的中间产物，比如甲醇、糖等等，也都可以作为工业原料其中所用到的酶，也可能在其他的生产中使用。

生产的淀粉除了食用，也是重要的工业生产原料如果未来二氧化碳人工合成淀粉的系统过程成本能够降低到与农业种植相比具有经济可行性，将会节约90%以上的耕地和淡水资源，避免农药、化肥等对环境的负面影响，推动形成可持续的生物基社会。

（6）更多农民可转化为工人、工程师、科学家、艺术家、投资者、管理者，从人口红利向人才红利转化有了基础，少生、人口不再是问题；（7）人类已开启大规模外太空开发时代，不用光合作用就能做淀粉，食物不是难题，星际旅行简单了；……

（四）人工合成淀粉消息一出，立刻引发了国内外网友的热议有国内网友评论道：“终于喝上西北风了”“拯救世界还要看中国，空气也能变馒头！”还有外国网民表示：“如果美国掌握了这项技术，那么他们的肥胖率将达到90%

”“以后可以去火星种粮食了”人工合成淀粉什么味道？根据科研团队介绍，在外观上，人工合成淀粉跟从玉米、薯类等农作物中提纯出来的淀粉看起来是一样的可如果把人工合成淀粉做成面条、粉丝，大概会像意大利面那样劲道。

因为自然淀粉是直链淀粉和支链淀粉混在一起，目前实验室里合成的主要是直链淀粉，合成的支链淀粉没有自然淀粉中的支链淀粉那么复杂简单来说，人工合成淀粉是通过光伏发电获得电能，在用电解水产生的氢气，把二氧化碳转化为甲醇。

再通过一系列生化反应，把甲醇转化为多个碳的有机分子，最终组装成淀粉这个过程中，科研团队需要在从二氧化碳到淀粉的 6568 个生化反应中，计算出了一条最短的合成途径与此同时，在这个复杂的过程中，需要使用不同的酶作为催化剂，起到加速或稳定反应的作用。

可现实中，很多酶的组合或是没有，或是本身存在各种问题科研团队需要在从新设计这些酶的同时，改造来自动物、植物、微生物等不同物种的生物酶设计这一系列反应，改造筛选所用的酶，都是科学的突破这项技术目前还面临哪些挑战？。

现在，该研究只是实现了“从0到1”的突破，也就是证明了“人类能做到”以及“如何去做到”想要用它来生产，还需要实现“高效、经济地做到”实现后者，至少有两个方面的挑战需要克服：一是能源目前的方案是用光伏发电的技术把光能转化为电能。

在目前，光伏发电只是在技术上成熟，而在应用方面还远远无法跟火电、水电相比人工合成淀粉，要么等待光伏发电技术的进一步发展，要么是去占用现在已经供应紧张的电力二是酶这个人工合成淀粉方案需要用到十几种酶的参与。

酶是具有催化活性的蛋白质，生产成本并不低要把人工合成淀粉进行应用生产，也就意味着这些酶也需要工业化生产这项技术想要达到实际应用，需要生产成本跟种植植物来获得淀粉相当或者更低——而这，需要更多科学技术工程门类的参与协作，而不是单靠这项“技术突破”就可以的。

（本文作者：国家信息中心中经网朱幼平）

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