日期:[2021年09月30日]
-- 生活晨报 --
版次:[A10]
中国科学家用二氧化碳制造淀粉
系人类首次 比种庄稼更快更高效
近期，中国科学院的科学家做出了突破性的研究，通过一种比植物光合作用更有效的人工合成方式，将二氧化碳直接转化为了淀粉。其淀粉合成速率甚至超越了自然中的植物——是天然合成速率的8.5倍。这在国际上还尚属首次，而这项研究的意义或许比我们认为的更加深远。
被小麦“驯服”的人类
大约公元前4000年，人类的身份发生了一次重大的改变，从在大陆上迁徙的狩猎-采集者，变成了在一个固定的地方定居的农民，而其中的原因就是小麦等粮食作物对人类的“驯化”。这些作物能满足人类的能量需求，使得人类群体的数量愈发壮大。
人类在适宜的季节种下作物幼苗，经过了艰苦的操劳过程后，收获粮食。而对植物来说，恰当的光照、温度和生长条件，才能使其叶子进行光合作用以固定二氧化碳；并在复杂的酶调控下，经历60多步反应，最终将二氧化碳转化为淀粉，富集到种子中。
但是理论上，作物在自然环境中只有约2%的光合作用效率，也就是说在植物吸收的太阳能中，大概只有2%的能量用于二氧化碳向淀粉的转化。由于生活、生产的各个方面都离不开淀粉，而目前淀粉的合成主要来自于农作物，这可能会加重农业压力，因而需改善或重建合成淀粉的方法。
中国科学院天津工业生物技术研究所的研究团队就在考虑，如果可以不依赖植物，通过人工的途径，直接利用二氧化碳来生产淀粉，或许可以减轻农业压力。最终，他们通过学习和模拟植物的光合作用，实现了这个过程。近日，在一项发表于《科学》的研究中，他们开发了一种新的、具有颠覆性的人工合成淀粉的方法 （artificialstarchanabolicpathway，ASAP），在全球首次实现了从二氧化碳到淀粉的全合成。
取代植物有多难？
随着二氧化碳导致全球变暖的情况日趋严重，科学家开始尝试通过固定二氧化碳，将其转化为有机物，来缓解气候危机。
2018年，在一篇发表于《焦耳》（Joule）的综述性文章中，中国科学院的多位院士首次联合提出了“液态阳光”（LiquidSunshine）这一概念。“液态阳光”指的是，不依赖植物，利用太阳能、二氧化碳和水，产生可再生的绿色燃料，包括甲醇和乙醇等。这个过程有利于实现二氧化碳的资源化利用，促进碳中和目标的实现。
而相比之下，天津工业生物技术研究所的科学家研究的淀粉的结构更加复杂，它是一种高分子碳水化合物，是由葡萄糖分子聚合而成的多糖，在结构上还有直链和支链之分，其人工合成要更困难。为了实现从二氧化碳到淀粉的全合成，他们克服了多个难关。
这种人工合成淀粉的方法比植物天然合成淀粉更具优势，其淀粉合成速率约是天然合成速率的8.5倍，而且从太阳能到淀粉的能量转化效率约是自然光合作用的3.5倍。相比于植物需要60多步反应，仅11步的人工合成方法，可以说是一种重大的胜利。
从无机到有机的梦想
这次中科院天津工业生物技术研究所的科学家，在国际上首次突破二氧化碳到淀粉的从头人工合成。植物产生的淀粉中有约20%~30%是直链淀粉，剩下的是支链淀粉。而研究人员可以通过调整反应过程，如加入淀粉分支酶，来改变产物中直链淀粉和支链淀粉的比例。
他们通过学习、模仿自然，设计、组装出了自然界不存在的化学-生化反应路径，大大提高了工作效率，最终实现了“超越”自然。虽然目前人工合成淀粉仍处于实验成果阶段，从实验室向工业应用的转化，对于科学家来说，还要走很长一段路，但“这孕育了巨大的产业变革新机，对于二氧化碳资源化，将其转变为食品、材料、化学品等绿色低碳产业的发展产生了重大影响，”马延和所长说，“这也是建立一个创新赛道的新起点。”据环球科学 王怡博
被小麦“驯服”的人类
大约公元前4000年，人类的身份发生了一次重大的改变，从在大陆上迁徙的狩猎-采集者，变成了在一个固定的地方定居的农民，而其中的原因就是小麦等粮食作物对人类的“驯化”。这些作物能满足人类的能量需求，使得人类群体的数量愈发壮大。
人类在适宜的季节种下作物幼苗，经过了艰苦的操劳过程后，收获粮食。而对植物来说，恰当的光照、温度和生长条件，才能使其叶子进行光合作用以固定二氧化碳；并在复杂的酶调控下，经历60多步反应，最终将二氧化碳转化为淀粉，富集到种子中。
但是理论上，作物在自然环境中只有约2%的光合作用效率，也就是说在植物吸收的太阳能中，大概只有2%的能量用于二氧化碳向淀粉的转化。由于生活、生产的各个方面都离不开淀粉，而目前淀粉的合成主要来自于农作物，这可能会加重农业压力，因而需改善或重建合成淀粉的方法。
中国科学院天津工业生物技术研究所的研究团队就在考虑，如果可以不依赖植物，通过人工的途径，直接利用二氧化碳来生产淀粉，或许可以减轻农业压力。最终，他们通过学习和模拟植物的光合作用，实现了这个过程。近日，在一项发表于《科学》的研究中，他们开发了一种新的、具有颠覆性的人工合成淀粉的方法 （artificialstarchanabolicpathway，ASAP），在全球首次实现了从二氧化碳到淀粉的全合成。
取代植物有多难？
随着二氧化碳导致全球变暖的情况日趋严重，科学家开始尝试通过固定二氧化碳，将其转化为有机物，来缓解气候危机。
2018年，在一篇发表于《焦耳》（Joule）的综述性文章中，中国科学院的多位院士首次联合提出了“液态阳光”（LiquidSunshine）这一概念。“液态阳光”指的是，不依赖植物，利用太阳能、二氧化碳和水，产生可再生的绿色燃料，包括甲醇和乙醇等。这个过程有利于实现二氧化碳的资源化利用，促进碳中和目标的实现。
而相比之下，天津工业生物技术研究所的科学家研究的淀粉的结构更加复杂，它是一种高分子碳水化合物，是由葡萄糖分子聚合而成的多糖，在结构上还有直链和支链之分，其人工合成要更困难。为了实现从二氧化碳到淀粉的全合成，他们克服了多个难关。
这种人工合成淀粉的方法比植物天然合成淀粉更具优势，其淀粉合成速率约是天然合成速率的8.5倍，而且从太阳能到淀粉的能量转化效率约是自然光合作用的3.5倍。相比于植物需要60多步反应，仅11步的人工合成方法，可以说是一种重大的胜利。
从无机到有机的梦想
这次中科院天津工业生物技术研究所的科学家，在国际上首次突破二氧化碳到淀粉的从头人工合成。植物产生的淀粉中有约20%~30%是直链淀粉，剩下的是支链淀粉。而研究人员可以通过调整反应过程，如加入淀粉分支酶，来改变产物中直链淀粉和支链淀粉的比例。
他们通过学习、模仿自然，设计、组装出了自然界不存在的化学-生化反应路径，大大提高了工作效率，最终实现了“超越”自然。虽然目前人工合成淀粉仍处于实验成果阶段，从实验室向工业应用的转化，对于科学家来说，还要走很长一段路，但“这孕育了巨大的产业变革新机，对于二氧化碳资源化，将其转变为食品、材料、化学品等绿色低碳产业的发展产生了重大影响，”马延和所长说，“这也是建立一个创新赛道的新起点。”据环球科学 王怡博
