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我國科學家突破二氧化碳人工合成澱粉技術

來源:新華網 時間:2021-09-24 09:57

新華社北京9月24日電(記者董瑞豐、王井懷)以二氧化碳為原料,不依賴植物光合作用,直接人工合成澱粉——看似科幻的一幕,真實地發生在實驗室裏。我國科學家首次實現了二氧化碳到澱粉的從頭合成,相關成果北京時間24日由國際知名學術期刊《科學》在線發表。

9月23日拍攝的圓通快遞發佈會現場。新華社記者 金立旺 攝

澱粉是糧食最主要的成分,通常由農作物通過自然光合作用固定二氧化碳生產。自然界的澱粉合成與積累,涉及60餘步生化反應以及複雜的生理調控。人工合成澱粉是科技領域一個重大課題。此前,多國科學家積極探索,但一直未取得實質性重要突破。

9月23日,中國科學院天津工業生物技術研究所馬延和研究員在發佈會上向媒體介紹研究成果。新華社記者 金立旺 攝

中國科學院天津工業生物技術研究所研究員馬延和帶領團隊,採用一種類似“搭積木”的方式,從頭設計、構建了11步反應的非自然固碳與澱粉合成途徑,在實驗室中首次實現從二氧化碳到澱粉分子的全合成。核磁共振等檢測發現,人工合成澱粉分子與天然澱粉分子的結構組成一致。

9月23日,中國科學院天津工業生物技術研究所馬延和研究員在發佈會上向媒體介紹研究成果。新華社記者 金立旺 攝

實驗室初步測試顯示,人工合成澱粉的效率約為傳統農業生產澱粉的8.5倍。在充足能量供給的條件下,按照目前技術參數,理論上1立方米大小的生物反應器年產澱粉量相當於我國5畝玉米地的年產澱粉量。

馬延和介紹,此次研究設計、組裝出一種自然界不存在的合成代謝途徑,並使其工作效率大幅高於自然生物過程,跨越了自然途徑數億年的進化。這一突破,為澱粉的車間生產打開一扇窗口,併為二氧化碳原料合成複雜分子開闢了新的技術路線。

科研團隊喬婧科研助理、蔡韜副研究員、馬延和研究員、朱蕾蕾研究員、孫紅兵科研助理(從左至右)在中國科學院天津工業生物技術研究所實驗室合影(9月16日攝)。新華社記者 金立旺 攝

對於此次成果,德國科學院院士曼弗雷德・雷茲、美國工程院院士延斯⋅尼爾森等國際知名專家均給予高度評價,認為這一重大突破將該領域研究向前推進了一大步。

在中國科學院天津工業生物技術研究所實驗室,科研人員展示人工合成澱粉樣品(9月16日攝)。新華社記者 金立旺 攝

中科院副院長周琪説,成果目前尚處於實驗室階段,離實際應用還有距離,後續需儘快實現從“0到1”概念突破到“1到10”的轉換。

中國科學院天津工業生物技術研究所蔡韜副研究員在實驗室展示人工合成澱粉樣品(9月16日攝)。新華社記者 金立旺 攝

據瞭解,經科技部批准,天津工業生物所正在牽頭建設國家合成生物技術創新中心。科研團隊的下一步目標,一方面是繼續攻克澱粉合成人工生物系統的設計、調控等底層科學難題,另一方面要推動成果走向產業應用,未來讓人工合成澱粉的經濟可行性接近農業種植。

在中國科學院天津工業生物技術研究所實驗室,孫紅兵科研助理在整理實驗日記(9月16日攝)。新華社記者 金立旺 攝



編輯:但堂丹

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