如果有一天，我们不需要种地，也不需要绿色植物，而以太阳∴光、水和CO?为原料，在工厂里就可以像植物一样源源不断生产出淀粉，你是否会感觉遥不可及？然而，在不久的将来，这一切都将有望实现。
近期，中国科学院天津工业生物技术研究所通过6年技术攻关，在人工合成淀粉方面取得重大突破性进展，国际上首次在实验室实现了二氧化碳（CO?）到淀粉的合成。
在国际上首次实现了从CO?到淀粉的从头全合成，使淀粉生产的单一传统农业种植模式，向工业车间生产模式转变成为可能——这被国际学术界认为将是影响世界的重大颠覆性技术。
那么这项技术的突破，究竟有何“厉害”之处？又有何科学意义和现实意义呢？今天小天使集团搜集相关资料，为大家解读困惑。
01人工合成的“深层背景”
淀粉是人类粮食的最主要成分，来源于谷类及薯类等农作物，主要由农作物通过光合作用，将太阳光能、CO?和水转化而成，是养活全球人口最重要的食物原料，同时也是重要的工业原ξ 料。
有没有一种办法能够摆脱植物来合成淀粉？70年代的石油危机和近年来石油化工原料的价格猛涨，以及对环境污染和健康等问题的重视，全球以淀粉为原料的产品大约有3万多种，找到更廉价、更大量的替代淀粉非常重要。不依赖植物光合作用，设计人工生物系统固定CO?合成淀粉，将是影响世界的重大颠覆性技术。
自合成生物学诞生以来，人们就开始尝试人工构建非自然途径，实现CO?到淀粉的转化，以突破植物媒介光合作用的瓶颈。但是，因为技术路线不清、瓶颈问题难测，这条科研之路存在很多不确定性。
数据显示，2019年，全世界有近7.5亿人面临重度粮食不安全，占世界总人口近十分之一。
“即使是替代一部分粮食淀粉作为工业原料甚至饲料，也是对缓解农业压力的巨大贡献。”如今人工合成淀粉已成为可能。
02人工合成淀粉的“技术路径”
用CO?人工合成淀粉，这项颠覆性技术是如何实现的？
从能量角度看，光合作用的本质是将太阳光能转化为储藏在淀『粉中的化学能。可如何更高效地将光能转变为化学能？科研人员想到了光能—电能—化学能的能量转变方式，首先光伏发电将光能转变为电能，这样光伏电水解产生氢气，然后催化利用氢气将CO?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。科研人员想到从海量的生物化学反应数据中设计出了一条仅包含11步主反应的甲醇到淀粉的人工路线—ASAP。
科研人员挖掘与改造了来自动物、植物、微生物等31个不同物种的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，最终合成了直链和支链淀粉。
从技术创新角度看，通过发展高效的人工催化剂和生物酶，从6568个生化反应中设计形成固碳与人工合成淀粉新途径。按照20%的光电转化效率计算，这条化学、生物杂合的人工合成淀粉新系统，理论能量转化效率可↙达7%，其淀粉合成速率比自然光合作用提高了3.5倍。
这意味着按照目前技术参数推算，在能量供给充足的条件下，理论上1m³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（按我国玉米淀粉平均亩产量计算），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，为CO?到淀粉生产的工业车间制造打开了一扇窗。
03人工合成淀粉的“应用前景”
“当今世界面临全球气候变化、粮食安全、能源资源短〓缺、生态环境污染等一系列重大挑战，科技创新已成为重塑全球格局、创造人类美好未来的关键因素。CO?的转化利用与人工合成淀粉，正是应①对挑战的重大科技问题之一。”人工合成淀粉不仅对未来的农业生产、特别是粮食生产具有深远影响，而且对全球生物制造产业的发展具有里程碑式的意义。
这一成果为创建新功能的生物系统提供了新的科学基础，为在下一代生物制造和农业生产中带来变革性影响，将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。如果未来该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，将有可能会节约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，提高人类粮食安全水平，促进碳中和的生物经济发展，推动形成可持续发展的“生物基社会”（“生物基”来源于可再生天然资源，具有环境友好、原料可再生、低碳环保等特性），将为全球气候变化、粮食安全、能源资源ζ短缺、生态环境污染等一系列问题带来深远影响。
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