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【央广网网】我国科学家突破二氧化碳人工合成淀粉技术

2021-09-24 央广网 朱敏
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  近期,中国科学院天津工业生物技术研究所在人工合成淀粉方面取得重大突破性进展,国际上首次在实验室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。该成果将在下一代生物制造和农业生产中带来变革性影响。

  淀粉是粮食最主要的成分,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,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。设计人工生物系统不依赖植物,从二氧化碳合成淀粉是影响世界的重大颠覆性技术。天津工业生物技术研究所所长马延和表示,这种技术路径长,挑战多,一直没有取得突破。

  马延和:淀粉从植物中的合成机制还是非常复杂的,需要一个非常长的路径。另外,它对碳六的代谢、定向的分配,包括我们定向的调控、高密度能量和高浓度二氧化碳的利用都有天然的挑战。

  天津工业生物所研究团队采用了一种类似“搭积木”的方式,从头设计了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了从二氧化碳到淀粉分子的全合成。

  马延和:这个工作第一个创新点是跨越了生物功能从虚拟到现实的科学鸿沟;第二个创新点是跨越了人工途径生物进化的科学鸿沟;第三个创新点是跨越了生化反应能量传递的鸿沟。

  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。按照目前技术参数推算,在能量供给充足的条件下,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。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。未来若实现应用,将有可能会节约90%以上的耕地和淡水资源,促进碳中和的生物经济发展。

打印 责任编辑:阎芳

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