二氧化碳合成淀粉论文

二氧化碳合成淀粉论文

在9月24号，国际学术期刊科学上发表了二氧化碳人工合成淀粉的论文。该论文通过短短的11步就可以完成二氧化碳到淀粉全过程，远远比自然界60多步的淀粉合成路线简便，大大提高了淀粉合成的速度和效率。作为一项全新的技术，笔者认为它对当代会产生以下几点影响。

第一，二氧化碳合成淀粉可以降低粮食压力。根据实验室测定，人工合成淀粉的效率是农业生产淀粉的8.5倍。这一巨大的差距代表着更高的粮食生产速度，而这可以缓解我们当前人口快速增长所需要的粮食压力。因为我们人所需的能量大部分来自于植物中的淀粉，我们通过对淀粉的分解，将其转变为葡萄糖，最后合成ATP，为我们机体提供能量。而植物的生长需要很长的周期，但我们人体每天都需要进食，这就形成了供需的矛盾，而二氧化碳合成淀粉高效可以缓解这个矛盾，是非常棒的技术。

第二，二氧化碳固定合成淀粉能够解决环境危机。由于工业的发展，二氧化碳的排放量逐年升高，过量的二氧化碳造成了温室效应，让全球温度升高，造成了两极冰川融化，海平面升高，威胁沿海城市。面对这些二氧化碳造成的危机，二氧化碳合成淀粉技术能够利用大气中丰富的二氧化碳资源，将这些对环境产生破坏的气体转变成对人体有利用价值的淀粉，可以极大地延缓温室效应的逼近，保护环境。

第三，二氧化碳合成淀粉技术提高了能量的利用效率。由于自然界中合成淀粉需要六十多步，这其中会造成不少能量的浪费。而该技术简化了这些步骤，可以有效避免更多的能量浪费，提高能量利用效率。

以上就是笔者对这个问题的回答，如果大家有其他观点，欢迎在评论下方留言。

时刻知道丨地球上的二氧化碳或许找到了一个好归宿：人工合成淀粉

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。

从“0到1”的巨大突破

论文通讯作者、中科院天津工业生物所所长马延和介绍，此次研究中，科研人员用一种类似“搭积木”的方式，从头设计、构建了11步反应的非自然二氧化碳固定与人工合成淀粉新途径。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。

相比而言，自然界的淀粉合成依赖植物光合作用，涉及约60步代谢反应以及复杂的生理调控。

论文第一作者、天津工业生物所副研究员蔡韬介绍，实验室初步测试显示，人工合成淀粉的速率是自然淀粉合成速率的8.5倍。在充足能量供给的条件下，按照目前的技术参数推算，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亩玉米地的年产淀粉量。

这一突破得到该领域一批国际知名专家的高度评价。德国科学院院士曼弗雷德·雷兹表示，将二氧化碳固定并转化为有用的有机化学品是一项重大的国际挑战，本项工作将该领域研究向前推进了一大步。美国工程院院士延斯·尼尔森表示，这是利用合成生物学解决当今 社会 面临的若干重大挑战的惊人案例，将为日后更多相关研究铺平道路。

合成淀粉的巨大意义

淀粉由许多葡萄糖单元通过糖苷键连接而成，是粮食的主要成分，是人和畜禽重要的食物能量来源，也是广泛应用的工业原料（造纸、塑料等），目前主要由玉米、小麦、红薯等农作物通过光合作用固定二氧化碳产生。在植物体内，这个过程涉及大约60步生化反应、复杂的生理调节，理论上总体能量转换效率在2%左右。

人工合成淀粉是 科技 领域一个重大课题，吸引了多国科学家深入 探索 ，但一直未取得实质性重要突破。

合成生物学被认为是影响未来的颠覆性技术。模拟自然作物光合作用，重新设计生命合成代谢过程，设计人工生物系统，不依赖植物种植进行淀粉制造，潜藏着惊人的变革前景。

步骤简单 速度快，效率高

这次合成只需要了不多的步骤，而与之对比，自然界中生物从二氧化碳合成淀粉，需要大约60步生化反应，且需要复杂的生理调节。而这个人工合成，大概11个步骤。

并且这次实验室合成的速率是玉米淀粉合成速率的8.5倍。此外，根据报道，其效率也高，自然界合成淀粉的效率约为2% (玉米)，而工业合成效率可以达到10%以上。

合成淀粉应用前景

在科学家眼里，人工合成淀粉未来如果进入实际应用，不仅能节约耕地和淡水资源、进一步保障粮食安全，还将带来诸多想象空间。

人工合成淀粉对于解决农业问题有着巨大意义。民以食为天，一直以来，农业问题关乎了人类的生死存亡。而采用这种工业办法，可以解决农业所需的耕地、淡水资源，也能够避免农药和化肥等的使用，改善粮食安全。

我国的耕地面积为150多万平方千米，占国土面积的16%左右，也就是说，不到五分之一，剩下五分之四的国土面积都是不能作为耕地的，这也使得我国的粮食问题一直非常严峻。有了这种技术，高山峡谷、沙漠、冰原，这些地方都可以成为农业产地。

同时，这项技术可以直接固定二氧化碳，效率远高于植物，对于缓解全球变暖问题也有着巨大意义。

甚至在更为遥远的未来，这项技术很可能成为人类 探索 遥远宇宙时的食物来源。

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。

人造淀粉来了！粮食以后不用种了？

据中新网9月24日报道，中国科学家首次对外宣布，历时六年的科技攻关，我国已经掌握了人工合成淀粉的关键技术。

该科技成果能利用二氧化碳合成淀粉，如此说来人类有望跳过植物光合作用，自己生产能量食品，科幻成了现实！

淀粉是一种单一结构的大分子物质，以往人类所使用或食用的淀粉，几乎都来自各种植物。

上个世纪60年代我国科学家集体攻关，合成了结晶牛胰岛素，这一成就差一点获得诺贝尔奖。如今我国科学家又在人工合成淀粉方面取得突破——首次实现从二氧化碳到淀粉的全合成。

该研究成果的论文将在《科学》杂志上发表，未来人类有望实现从二氧化碳到淀粉生产的工业制造。

目前，这种合成淀粉的速度是玉米植株合成淀粉的8.5倍，但是合成的成本偏高，尚不能进行量产。

未来，若二氧化碳人工合成淀粉的成本与体量能够大幅降低，接近农业种植的综合成本，那么我们将节约90%以上的耕地和淡水资源，也不存在农药、化肥的问题。

中国率先全球，提出了“碳达峰”和“碳中和”目标，这里技术的应用落地，有望快速高效地推进绿色中国建设。

人工合成淀粉的具体步骤类似于叠积木，和牛胰岛素的合成过程相似。该过程全称：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）。

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)。

该技术前景如何，我们拭目以待。