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文|陳根

從日常食物到工業(yè)原料，淀粉都占據(jù)了重要位置。目前，人們主要通過植物光合作用二氧化碳來生產(chǎn)商業(yè)數(shù)量的淀粉。但是，淀粉的合成與積累涉及約60個代謝反應及一系列復雜的調(diào)控，理論能量轉(zhuǎn)化效率僅為2%左右。

此外，植物通過自然光合作用固定二氧化碳生產(chǎn)淀粉，需要較長的生產(chǎn)周期和較大種植面積，還需要使用土地、淡水、肥料、農(nóng)藥等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料。因此，科學家們一直在尋找一種更有效的淀粉生產(chǎn)方式，以減少對傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的依賴。

近日，我國科學家首次實現(xiàn)了人工合成淀粉。他們以二氧化碳、電解產(chǎn)生的氫氣為原料，不依賴植物光合作用，成功生產(chǎn)出淀粉。這使淀粉生產(chǎn)從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)種植模式向工業(yè)車間生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變成為可能。

       研究團隊采用了一種類似“搭積木”的方式，利用化學催化劑將高濃度二氧化碳在高密度氫能作用下還原成碳一（C1）化合物，然后通過設(shè)計構(gòu)建碳一聚合新酶，依據(jù)化學聚糖反應原理將碳一化合物聚合成碳三（C3）化合物，最后通過生物途徑優(yōu)化，將碳三化合物又聚合成碳六（C6）化合物，再進一步合成直鏈和支鏈淀粉（Cn化合物）。

科學家們又從動物、植物、微生物等31個不同物種來源挖掘合適的生物酶催化劑，構(gòu)建了一條只有11步主反應的人工合成淀粉途徑，實現(xiàn)了從二氧化碳到淀粉的從頭合成，將天然淀粉的羧化-還原-重排-聚合的復雜合成過程簡化為人工淀粉的還原-聚合的合成過程，顯著降低了合成的復雜度。

       值得一提的是，人工淀粉合成速率是自然界玉米淀粉合成速率的8.5倍，按照目前的技術(shù)參數(shù)推算，理論上1立方米大小的生物反應器年產(chǎn)淀粉量相當于我國5畝土地玉米種植的平均年產(chǎn)量。

未來，這一成果或引發(fā)糧食生產(chǎn)變革，并為二氧化碳原料合成復雜分子開辟新的技術(shù)路線。