我国科学家突破二氧化碳人工合成淀粉技术

  粮食不需要土地种植,可以在生产车间中制造出来。如今,这个看似天方夜谭的想象正在成为可能。中国科学家成功构建从二氧化碳人工合成淀粉仅需11步反应的途径!

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  在中国科学院天津工业生物技术研究所实验室,科研人员展示人工合成淀粉样品。

  9月23日,中科院召开新闻发布会宣布,中国科学院天津工业生物技术研究所在淀粉人工合成方面取得突破性进展,在国际上首次实现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。

  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,合成与积累涉及约60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。农作物种植通常需较长周期,并使用大量土地、淡水等资源和肥料、农药等农业生产资料。

  中国科学院天津工生所研究团队,采用一种类似“搭积木”的方式,从头设计出11步主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。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。

  天津工生所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化合物,最后通过生物途径优化,将碳三化合物聚合成碳六化合物,再进一步合成直链和支链淀粉。

  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。按照目前技术参数推算,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年平均产量。

  相关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提供了新技术路线。如果未来该系统过程成本能够降低至与农业种植相比具有经济可行性,将可能节约90%以上的耕地和淡水资源,同时减少农药、化肥等对环境的影响。

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利用人工途径从二氧化碳合成淀粉

  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。

  中科院表示,该成果目前尚处于实验室阶段,离实际应用还有相当长的距离,后续还需要尽快实现从“0到1”的概念突破到“1到10”和“10到100”的转换。中科院将集成相关科技力量,一如既往地支持该项研究深入推进。


关键字:淀粉
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