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我国科学家首次实现了二氧化碳到淀粉的人工合成

浏览: 发表时间:2021-09-24 06:38:10 来源:科学

以二氧化碳为原料,不依赖植物光合作用,直接人工合成淀粉——看似科幻的一幕,真实地发生在实验室里。我国科学家首次实现了二氧化碳到淀粉的从头合成,相关成果北京时间24日由国际知名学术期刊《科学》在线发表。

淀粉是粮食最主要的成分,通常由农作物通过自然光合作用固定二氧化碳生产。自然界的淀粉合成与积累,涉及60余步生化反应以及复杂的生理调控。人工合成淀粉是科技领域一个重大课题。此前,多国科学家积极探索,但一直未取得实质性重要突破。

中国科学院天津工业生物技术研究所研究员马延和带领团队,采用一种类似“搭积木”的方式,从头设计、构建了11步反应的非自然固碳与淀粉合成途径,在实验室中首次实现从二氧化碳到淀粉分子的全合成。核磁共振等检测发现,人工合成淀粉分子与天然淀粉分子的结构组成一致。

实验室初步测试显示,人工合成淀粉的效率约为传统农业生产淀粉的8.5倍。在充足能量供给的条件下,按照目前技术参数,理论上1立方米大小的生物反应器年产淀粉量相当于我国5亩玉米地的年产淀粉量。

马延和介绍,此次研究设计、组装出一种自然界不存在的合成代谢途径,并使其工作效率大幅高于自然生物过程,跨越了自然途径数亿年的进化。这一突破,为淀粉的车间生产打开一扇窗口,并为二氧化碳原料合成复杂分子开辟了新的技术路线。

对于此次成果,德国科学院院士曼弗雷德・雷兹、美国工程院院士延斯⋅尼尔森等国际知名专家均给予高度评价,认为这一重大突破将该领域研究向前推进了一大步。

中科院副院长周琪说,成果目前尚处于实验室阶段,离实际应用还有距离,后续需尽快实现从“0到1”概念突破到“1到10”的转换。

据了解,经科技部批准,天津工业生物所正在牵头建设国家合成生物技术创新中心。科研团队的下一步目标,一方面是继续攻克淀粉合成人工生物系统的设计、调控等底层科学难题,另一方面要推动成果走向产业应用,未来让人工合成淀粉的经济可行性接近农业种植。

我国科学家首次实现了二氧化碳到淀粉的人工合成
实验室初步测试显示,人工合成淀粉的效率约为传统农业生产淀粉的8.5倍。在充足能量供给的条件下,按照目前技术参数,理论上1立方米大小的生物反应器年产淀粉量相当于我国5亩玉米地的年产淀粉量。
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