孫自法

淀粉是糧食最主要的成分，同時也是重要的工業(yè)原料。目前，淀粉主要由玉米等農(nóng)作物通過自然光合作用固定二氧化碳生產(chǎn)，淀粉合成與積累涉及60余步代謝反應(yīng)以及復(fù)雜的生理調(diào)控，理論能量轉(zhuǎn)化效率僅為2%左右。農(nóng)作物的種植通常需要較長周期，需要使用大量土地、淡水等資源以及肥料、農(nóng)藥等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料。糧食危機、氣候變化是人類面臨的重大挑戰(zhàn)，糧食淀粉可持續(xù)供給、二氧化碳轉(zhuǎn)化利用是當(dāng)今世界科技創(chuàng)新的戰(zhàn)略方向。近期，中國科學(xué)家在人工合成淀粉方面取得重大顛覆性、原創(chuàng)性突破——國際上首次在實驗室實現(xiàn)二氧化碳到淀粉的從頭合成，相關(guān)論文也在權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》上發(fā)表。

在研究過程中，中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所研究員馬延和帶領(lǐng)團隊采用一種類似“搭積木”的方式，聯(lián)合中科院大連化學(xué)物理研究所，利用化學(xué)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(xué)聚糖反應(yīng)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）。

該團隊還通過耦合化學(xué)催化與生物催化模塊體系，創(chuàng)新高密度能量與高濃度二氧化碳利用的生物過程技術(shù)，通過反應(yīng)時空分離優(yōu)化，解決人工途徑中底物競爭、產(chǎn)物抑制、熱/動力學(xué)匹配等問題，擴展人工光合作用的能力。按照目前技術(shù)參數(shù)，在能量供給充足條件下，理論上1立方米大小的生物反應(yīng)器年產(chǎn)淀粉量相當(dāng)于5畝土地玉米種植的淀粉產(chǎn)量（按中國玉米淀粉平均畝產(chǎn)量計算）。這一成果使淀粉生產(chǎn)的傳統(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，并為二氧化碳原料合成復(fù)雜分子開辟新的技術(shù)路線。