中科院實現(xiàn)“人工光合作用”，實驗室用CO?合成淀粉，效率比玉米高8.5倍
葉綠素：你禮貌嗎？
以二氧化碳為原料、不依賴植物光合作用——
中科院在國際上首次實現(xiàn)了人工淀粉的合成！
△ 圖源新華社微博
人工把空氣中的二氧化碳變成淀粉，這一顛覆性成果通俗點說，就是既能解決糧食危機問題又能解決碳排放問題，可謂是一箭雙雕。
而且“性能”還很優(yōu)秀：人工步驟比植物合成約少50步，速度也從幾個月快進到了幾個小時，能量轉化效率更是玉米的3.5倍。
該成果一舉登上最新一期Science。
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。
今早的央視新聞也進行了長達5分鐘的報道。
在微博等平臺，網友們更是興奮地炸開了鍋：
“早上在廣播里聽到了，科學家了不起！”
“飯碗端得更牢實了！”
“這個太好了！希望趕緊能實現(xiàn)應用！”
說到應用，大家的暢想那可真不少：即使一時半會用不到糧食上，工業(yè)也可以，畢竟淀粉可是很多工業(yè)產品的原料；或者帶到外太空也行，比如火星[旺柴]。
最搞笑的是調侃葉綠素的：
葉綠素：你禮貌嗎？
60多步自然合成步驟變11步
先來看看這“憑‘空’造淀粉”的魔法是怎么變的。
魔法師們來自中科院天津工業(yè)生物所科研團隊與大連化物所。
整體設計思路是將熱電廠和水泥廠排放的高濃度二氧化碳分離出來作為原料。
將低密度太陽能轉化為高密度電/氫能作為能源，形成簡單的碳氫化合物。
然后設計出從碳氫化合物到淀粉的生物合成過程。
生物合成過程大致是先做化學反應——利用高密度電/氫能將二氧化碳還原為碳一化合物。
再做生物反應——將碳一化合物聚合為碳三化合物、碳六化合物?（即葡萄糖）?直至長鏈淀粉分子。
通過耦合化學催化和生物催化，科學家們最終成功構建出一條從二氧化碳到淀粉合成只有11步反應的人工途徑。
ps.生物酶催化劑是成功構建這條途徑的核心關鍵，研究人員從動物、植物、微生物等31個不同物種來源挖掘出了最合適的生物酶催化劑。
而在玉米等農作物中，自然光合作用的淀粉合成涉及60多步生化反應以及復雜的生理調控。
除了步驟更少，中科院這個合成淀粉技術還具有更高的能量轉化效率與合成速度。
相比自然界數(shù)個月的合成時間，實驗室里只需大約4個小時。
相比玉米2%的理論能量轉化效率，該技術從太陽能到淀粉的轉化率為7%，提高了3.5倍，且淀粉合成速率是玉米淀粉合成速率的8.5倍。
而最終通過核磁檢測發(fā)現(xiàn)，該人工合成淀粉分子與天然淀粉分子的結構組成一致，也就是兩者沒有區(qū)別。
固碳產糧兩開花
以上優(yōu)秀的成績使固定二氧化碳高效合成淀粉成為可能。
雖然在實驗室里，規(guī)模還比較小，平均1小時能合成出的淀粉只有幾克；
但在充足能量供給的條件下，按照目前技術參數(shù)推算，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畝土地玉米種植的平均年產量。
等于是產量這么高，還不需要陽光、灌溉、施肥等操作，直接就在車間全天候“馬不停蹄”地生產。
這厲害之處正如Science國際及學術出版合作總監(jiān)所言，不僅在生物合成生物制造領域是一個重大的里程碑突破，下一步對農業(yè)生產、工業(yè)制造都提供了一個新的途徑。
更具體的如中科院天津工業(yè)生物所所長馬延和說，一旦工業(yè)實現(xiàn)，它會對我們的糧食安全、二氧化碳的利用，以及雙碳目標都會起到非常重大的支撐作用。
所以這是網友理解的這樣嗎：“碳中和大殺器”？
不過科學家們也說了，現(xiàn)在實驗室出的都是少量樣品，且目前合成的還是直鏈淀粉（當然再加入一個分支酶，也可以把它做成支鏈淀粉），要實現(xiàn)工業(yè)化生產，還需解決諸多科技難題：
一方面，在工程生物學基礎理論和工程設計方面有問題要解決；
另一方面，主要是從經濟性上考慮，從控制過程成本初步計算，只有二氧化碳到淀粉合成的電能利用效率再提高數(shù)倍，淀粉合成的碳素轉化速率再提高數(shù)十倍，才能與農業(yè)種植競爭。
那接下來，就且看中科院的科學家們如何實現(xiàn)從“0到1”的概念突破到“1到10”的大轉換吧。
參考鏈接：
[1]https://baijiahao.baidu.com/s?id=1711740926841426273&wfr=spider&for=pc
[2]http://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2021/9/365498.shtm
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