淀粉是“粥飯”中最主要的碳水化合物，是面粉、大米、玉米等糧食的主要成分，也是重要的工業(yè)原料。其主要合成方式是由綠色植物通過光合作用固定二氧化碳來進行。長期以來，科研人員一直在努力改進光合作用這一生命過程，希望提高二氧化碳的轉化速率和光能的利用效率，最終提升淀粉的生產效率。

   中國科學院天津工業(yè)生物技術研究所研究人員提出了一種顛覆性的淀粉制備方法，不依賴植物光合作用，以二氧化碳、電解產生的氫氣為原料，成功生產出淀粉，在國際上首次實現(xiàn)了二氧化碳到淀粉的從頭合成，使淀粉生產從傳統(tǒng)農業(yè)種植模式向工業(yè)車間生產模式轉變成為可能，取得原創(chuàng)性突破。相關研究成果2021年9月24日在線發(fā)表于《科學》。

   天津工業(yè)生物所研究團隊采用了一種類似“搭積木”的方式，聯(lián)合中科院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，然后通過設計構建碳一聚合新酶，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化合物，再進一步合成直鏈和支鏈淀粉。這一人工途徑的淀粉合成速率是玉米淀粉合成速率的8.5倍，向實現(xiàn)設計自然、超越自然的目標邁進了一大步，為創(chuàng)建新功能的生物系統(tǒng)提供了新的科學基礎。

   據(jù)介紹，如果未來該系統(tǒng)過程成本能夠降低到與農業(yè)種植相比具有經(jīng)濟可行性，將會節(jié)約90%以上的耕地和淡水資源，避免農藥、化肥等對環(huán)境的負面影響，提高人類糧食安全水平，促進碳中和的生物經(jīng)濟發(fā)展，推動形成可持續(xù)的生物基社會。

   國內外相關研究領域專家評價認為，該成果是“典型的0到1原創(chuàng)性突破”“擴展并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(yè)生產特別是糧食生產具有革命性的影響，而且對全球生物制造產業(yè)的發(fā)展具有里程碑式的意義”“將給下一代生物制造和農業(yè)生產帶來變革性影響”。■