通过多年研究攻关，中科院天津工业生物所科研团队联合大连化物所，采用一种类似“搭积木”的方式，通过耦合化学催化和生物催化模块体系，实现了“光能—电能—化学能”的能量转变方式，成功构建出一条从二氧化碳到淀粉合成只有11步反应的人工途径。
科研团队最新突破的淀粉人工合成不仅步骤更少，而且还具有更高的能量转化效率与合成速度：
该人工途径从太阳能到淀粉的理论能量转化效率是玉米的3.5倍，淀粉合成速率是玉米的8.5倍。在充足能量供给的条件下，按照目前技术参数推算，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亩土地玉米种植的平均年产量。
虽然现在还是处于实验室阶段，未来还需要有更多的科学挑战，但一旦工业实现，它会对我们的粮食安全到二氧化碳的利用，到我们双碳的目标都会起到非常重大的支撑作用。
“如果把人工合成淀粉做成面条、粉丝，大概会像意大利面那样劲道。”
马延和表示，自然淀粉是直链淀粉和支链淀粉混在一起，目前实验室里合成的主要是直链淀粉，合成的支链淀粉没有自然淀粉中的支链淀粉那么复杂。
“在外观上，人工合成淀粉跟从玉米、薯类等农作物中提纯出来的淀粉看起来是一样的。”蔡韬说，实验室里通过人工合成产生的淀粉处于溶解状态，“是比较稀的淀粉糊糊，干燥后会变成粉状”。
二氧化碳能合成淀粉吗？对这个貌似天方夜谭的问题，中国科学家历时6年多科研攻关给出肯定和详细的答案。继上世纪60年代在世界上首次完成人工合成结晶牛胰岛素之后，中国科学家又在人工合成淀粉方面取得重大颠覆性、原创性突破——国际上首次在实验室实现二氧化碳到淀粉的从头合成。
由中国科学院天津工业生物技术研究所(中科院天津工业生物所)主导完成的人工合成淀粉重大科技突破进展成果论文，北京时间9月24日凌晨在著名国际学术期刊《科学》上线发表，从而为从二氧化碳到淀粉生产的工业车间制造“打开了一扇窗”。
中科院天津工业生物技术研究所科研人员在实验室展示人工合成淀粉样品。 中科院科技摄影联盟 供图
这一人工途径的淀粉合成速率是玉米淀粉合成速率的8.5倍，向设计自然、超越自然目标的实现迈进一大步，为创建新功能的生物系统提供新的科学基础，也将为未来从二氧化碳合成淀粉开辟崭新道路，使未来淀粉的工业化生物制造成为可能。
业内专家称，如果未来二氧化碳人工合成淀粉的系统过程成本能够降低到与农业种植相比具有经济可行性，将会节约90%以上的耕地和淡水资源，避免农药、化肥等对环境的负面影响，推动形成可持续的生物基社会，提高人类粮食安全水平。同时，最新研究成果实现在无细胞系统中用二氧化碳和电解产生的氢气合成淀粉的化学-生物法联合的人工淀粉合成途径(ASAP)，为推进“碳达峰”和“碳中和”目标实现的技术路线提供一种新思路。
5、二氧化碳人工合成淀粉化学方程式中科院天津工业生物技术研究所蔡韬副研究员在实验室展示人工合成淀粉样品。中科院科技摄影联盟 供图
中科院天津工业生物所介绍说，淀粉是粮食最主要的成分，同时也是重要的工业原料。目前，淀粉主要由玉米等农作物通过自然光合作用固定二氧化碳生产，淀粉合成与积累涉及60余步代谢反应以及复杂的生理调控，理论能量转化效率仅为2%左右。农作物的种植通常需要较长周期，需要使用大量土地、淡水等资源以及肥料、农药等农业生产资料。粮食危机、气候变化是人类面临的重大挑战，粮食淀粉可持续供给、二氧化碳转化利用是当今世界科技创新的战略方向。而不依赖植物光合作用，设计人工生物系统固定二氧化碳合成淀粉，是影响世界的重大颠覆性技术。
该所自2015年起聚焦人工合成淀粉与二氧化碳生物转化利用，开展需求导向科技攻关，集聚所内外创新资源，加强“学科-任务-平台”整合，实现各方科研力量的有机融合和高效协同，组建当初平均年龄30周岁的优秀青年科学家团队，持续6年深耕人工合成淀粉项目研发。
6、二氧化碳人工合成淀粉的原理中科院天津工业生物技术研究所蔡韬副研究员在实验室展示人工合成淀粉样品。 中科院科技摄影联盟 供图
青年科学家团队从头设计出11步反应的非自然二氧化碳固定与人工合成淀粉新途径，在实验室中首次实现从二氧化碳到淀粉分子的全合成。他们采用一种类似“搭积木”的方式，联合中科院大连化学物理研究所，利用化学催化剂将高浓度二氧化碳在高密度氢能作用下还原成碳一(C1)化合物，然后通过设计构建碳一聚合新酶，依据化学聚糖反应原理将碳一化合物聚合成碳三(C3)化合物，最后通过生物途径优化，将碳三化合物又聚合成碳六(C6)化合物，再进一步合成直链和支链淀粉(Cn化合物)。
该团队还通过耦合化学催化与生物催化模块体系，创新高密度能量与高浓度二氧化碳利用的生物过程技术，通过反应时空分离优化，解决人工途径中底物竞争、产物抑制、热/动力学匹配等问题，扩展人工光合作用的能力。按照目前技术参数，在能量供给充足条件下，理论上1立方米大小的生物反应器年产淀粉量相当于5亩土地玉米种植的淀粉产量(按中国玉米淀粉平均亩产量计算)。这一成果使淀粉生产的传统农业种植模式向工业车间生产模式转变成为可能，并为二氧化碳原料合成复杂分子开辟新的技术路线。
7、二氧化碳人工合成淀粉手抄报中国科学家在淀粉人工合成方面取得的重大颠覆性成果，也获中外同行专家高度评价，认为这是“典型的0到1原创性突破”，是“扩展并提升人工光合作用能力前沿研究领域的重大突破，是一项具有‘顶天立地’重大意义的科研成果”“不仅对未来的农业生产、特别是粮食生产具有革命性的影响，而且对全球生物制造产业的发展具有里程碑式的意义”“将在下一代生物制造和农业生产中带来变革性影响”。
@f-w-b：科学技术没有弯道超车，只有不断的积累才会量变到质变。
最近，中科院天津工业生物所人工利用二氧化碳合成无细胞化学酶淀粉的消息刷屏了，据说反应步骤从玉米等生物合成的60余步，减少到11步，理论能量转化效率，从农作物光合作用的约2%，提高到超过10%，比玉米淀粉自然合成速率快8.5倍，将来1立方米的生物反应器年产淀粉量，相当于5亩玉米地的淀粉产量。对此，网友纷纷表示：原来西北风真的可以喝，天上真的可以掉馅饼，法师真的可以从空气里搓出魔法面包。
8、二氧化碳人工合成淀粉11步二氧化碳变淀粉，很多人听着觉得太玄幻，以为是水变油、点石成金这类忽悠人的概念。其实，这就是植物的生长方式。人呼吸氧气，排出二氧化碳，而植物呼吸二氧化碳，排出氧气，吸进去的二氧化碳，通过光合作用，转化为淀粉，这是植物亿万年前就学会的本领。
但是现在我们掌握了不经过植物，直接能将二氧化碳转化成淀粉的方法，它等于使得地球几十亿年来生物圈的能量使用逻辑改变了，我们绕过了植物这个环节，甚至可以不用太阳能，就能获得能量。当然，这里面非常复杂，需要各种催化酶，必须遵守能量守恒原则。
不需要植物，不需要阳光，使用空间还小，看到这里，有人马上就想到，这是人类星际旅行的重大利好啊。的确，现在所有科幻作品对未来宇宙农业的描述都是火星种土豆或无土栽培之类，其实和几万年前的原始农业没有本质区别，它们受限极大，而且效率也极低。二氧化碳人工变淀粉是降维打击，如果真的实用化和大规模量产之后，二氧化碳含量95.3%的火星大气层，简直就是裹了一层面衣，将是人类取之不尽，用之不竭的太空粮仓。
9、二氧化碳人工合成淀粉论文当然，人类要想进行星际旅行，还需要突破几项关键的前置技术，比如人工合成蛋白质，长期只吃淀粉没有蛋白质可不行，从1958年我国发明人工合成胰岛素，到同样是中科院天津工业生物所的“人造肉”技术，其实已经解决了这个问题。那么接下来需要突破的，就是核聚变发动机了，这些都是战略性质的关键前置技术。而其他的人工休眠技术、人类太空繁殖，航天器和电子产品的耐用性等等，只是战术性的应用技术。
二氧化碳变淀粉利好人类星际旅行，但是它的意义远不止于此。对于生活在地球上的我们来说，意味着从此再也不用担心挨饿了。人类的发展史，就是一部挨饿史，民以食为天。历史上为了填饱肚子，人吃人的事情比比皆是，我们幸存人类的祖先，几乎都吃过人，所以据说我们每个人都有抵抗朊病毒的基因。人类从忍饥挨饿，到喂饱肚子，其实也就是近几十年的事情。
现在，二氧化碳人工合成淀粉的技术，终于可以让人类永远摆脱饥饿的阴影了。当然，现在还只是在实验室状态，需要将技术实用化，而实用化之后，第一步合成的也将是工业淀粉，人不能吃，但即使这样，也可以减少现在从生物淀粉中提取工业淀粉的用量，解放生物淀粉，用来生产更多的肉食。
10、二氧化碳人工合成淀粉化学方程式上万年前，我们人类从树上走下来，神农尝百草，发明了农业种植，而现在，利用二氧化碳人工合成淀粉，则是第二次生物革命。它的意义相当于在种植业、畜牧业植物，开创了一个新的农业门类，比一切咱们所知道的农业上的进步都要重要，它将深刻地改变人类的农业生产乃至整个生物圈的能量循环模式，拓展地球生态圈向任何以前不适宜的地方扩张的可能性，比如沙漠、冰川、月球、火星甚至整个太阳系。21世纪是生物的世纪，同时也是宇航的世纪，看来不是说说而已。
最后，还要说一点，二氧化碳人工合成淀粉的技术实用化之后，现在所谓的“温室效应”，“碳中和”之类的环保问题，将再也不是问题，二氧化碳甚至可能会涨价。不管怎么，这一技术的出现，虽然不能马上到达未来，但让我们看到了未来一万年的样子。而更幸运的是，它出现在中国。
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——中国科学院天津工业生物技术研究所一支科研团队在实验室里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。
