二氧化碳能合成澱粉嗎？對這個貌似天方夜譚的問題，中國科學家給出了肯定和詳細的答案。

以二氧化碳爲原料，不依賴植物光合作用，直接人工合成澱粉——我國科學家在實驗室裏首次實現二氧化碳到澱粉的從頭合成，成果北京時間24日由國際學術期刊《科學》發表。

在中國科學院天津工業生物技術研究所實驗室，科研人員展示人工合成澱粉樣品（9月16日攝）。圖片來源：新華社記者 金立旺 攝

澱粉是糧食最主要的成分，通常由農作物通過自然光合作用固定二氧化碳生產。自然界的澱粉合成與積累，涉及60餘步生化反應以及複雜的生理調控。中國科學院天津工業生物技術研究所研究員馬延和帶領團隊，採用一種類似“搭積木”的方式，從頭設計、構建了11步反應的非自然固碳與澱粉合成途徑，在實驗室中首次實現從二氧化碳到澱粉分子的全合成。

實驗室初步測試顯示，人工合成澱粉的效率約爲傳統農業生產澱粉的8.5倍。不過，這一成果目前尚處於實驗室階段，離實際應用還有距離。

該消息一度衝上知乎全站熱度第一名。在微博上討論也十分熱鬧，有網友表示：好喫嗎？

也有不少網友關注成本問題。

實現二氧化碳到澱粉從頭合成

據中國科學報，9月24日，《科學》刊發中國科學院天津工業生物技術研究所在澱粉人工合成方面取得的重大突破性進展。該研究在國際上首次實現了二氧化碳到澱粉的從頭合成。

澱粉是糧食最主要的成分，也是重要的工業原料。中國科學院副院長、中國科學院院士周琪表示，當今世界正面臨全球氣候變化、糧食安全、能源資源短缺、生態環境污染等一系列重大挑戰，科技創新已成爲重塑世界格局、創造人類美好未來的關鍵因素。

二氧化碳轉化利用與糧食澱粉工業合成，正是應對挑戰的重大科技問題之一。

論文通訊作者，天津工業生物所所長、研究員馬延和介紹，天津工業生物所從頭設計了11步主反應的非自然二氧化碳固定與澱粉合成新途徑，在實驗室中首次實現了從二氧化碳到澱粉分子的全合成。

研究團隊採用了一種類似“搭積木”的方式，聯合大連化學物理研究所，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化合物，然後通過設計構建碳一聚合新酶，依據化學聚糖反應原理將碳一化合物聚合成碳三化合物，最後通過生物途徑優化，將碳三化合物又聚合成碳六化合物，再進一步合成直鏈和支鏈澱粉。

科研團隊喬婧科研助理、蔡韜副研究員、馬延和研究員、朱蕾蕾研究員、孫紅兵科研助理（從左至右）在中國科學院天津工業生物技術研究所實驗室合影（9月16日攝）。圖片來源：新華社記者 金立旺 攝

這一人工途徑的澱粉合成速率是玉米澱粉合成速率的8.5倍，向實現設計自然、超越自然的目標邁進了一大步，爲創建新功能的生物系統提供了新的科學基礎。

業內專家稱，如果未來二氧化碳人工合成澱粉的系統過程成本能夠降低到與農業種植相比具有經濟可行性，將會節約90%以上的耕地和淡水資源，避免農藥、化肥等對環境的負面影響，推動形成可持續的生物基社會，提高人類糧食安全水平。同時，最新研究成果實現在無細胞系統中用二氧化碳和電解產生的氫氣合成澱粉的化學-生物法聯合的人工澱粉合成途徑（ASAP），爲推進“碳達峯”和“碳中和”目標實現的技術路線提供一種新思路。

“如果人工合成澱粉示範可以達到理論能量轉換效率的80%，那麼10度電大約可以合成1公斤澱粉。”論文通信作者、天津工生所所長馬延和表示。

按照目前的技術參數推算，理論上1立方米大小的生物反應器年產量，相當於我國5畝土地玉米種植的澱粉年平均產量。

根據農業農村部市場預警專家委員會的預測，2021-2022年度，中國玉米種植面積約6.40億畝（中國耕地總面積18.5億畝，小編注），較上年度增加2109萬畝，增長3.4%；預計玉米總產量2.72億噸，比上年度增長4.3%。

國內外領域專家評價認爲，該成果是“典型的0到1原創性突破”，“擴展並提升人工光合作用能力前沿研究領域的重大突破，是一項具有‘頂天立地’重大意義的科研成果”；“不僅對未來的農業生產特別是糧食生產具有革命性的影響，而且對全球生物製造產業的發展具有里程碑式的意義”；“將給下一代生物製造和農業生產帶來變革性影響”。

人工合成澱粉是什麼味道？

“如果把人工合成澱粉做成麪條、粉絲，大概會像意大利麪那樣勁道。”馬延和表示，自然澱粉是直鏈澱粉和支鏈澱粉混在一起，目前實驗室裏合成的主要是直鏈澱粉，合成的支鏈澱粉沒有自然澱粉中的支鏈澱粉那麼複雜。

“在外觀上，人工合成澱粉跟從玉米、薯類等農作物中提純出來的澱粉看起來是一樣的。”蔡韜說，實驗室裏通過人工合成產生的澱粉處於溶解狀態，“是比較稀的澱粉糊糊，乾燥後會變成粉狀”。

9月23日，中國科學院天津工業生物技術研究所馬延和研究員在發佈會上向媒體介紹研究成果。圖片來源：新華社記者 金立旺 攝

科研人員對澱粉的基本判斷方法是在溶液中加碘液，直鏈澱粉遇碘呈藍色，支鏈澱粉遇碘呈紫紅色。此外，他們還專門對合成物進行了理化分析。“通過核磁共振等檢測，它和自然生產的澱粉一模一樣。”蔡韜說。

中科院副院長周琪說，成果目前尚處於實驗室階段，離實際應用還有距離，後續需儘快實現從“0到1”概念突破到“1到10”的轉換。

據瞭解，經科技部批准，天津工業生物所正在牽頭建設國家合成生物技術創新中心。科研團隊的下一步目標，一方面是繼續攻克澱粉合成人工生物系統的設計、調控等底層科學難題，另一方面要推動成果走向產業應用，未來讓人工合成澱粉的經濟可行性接近農業種植。