“双碳”资讯 | 我国科学家在实验室实现二氧化碳到淀粉的人工合成

发布日期:2021-09-24 21:01
信息来源:新华网
 

     新华网9月24日报道,近期中科院天津工业生物技术研究所在淀粉人工合成方面取得重大突破,国际上首次在实验室实现了二氧化碳到淀粉的从头合成。成果于9月24日在国际学术期刊《科学》上发表。

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科研团队乔婧科研助理、蔡韬副研究员、马延和研究员、朱蕾蕾研究员、
孙红兵科研助理(从左至右)在中国科学院天津工业生物技术研究所实验室合影
      淀粉是粮食最主要的成分,也是重要的工业原料。目前,人类使用的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。由于淀粉合成与积累涉及约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。

      “农作物通过自然光合作用固定二氧化碳生产淀粉需要较长的生产周期和较大种植面积,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。如果能设计人工生物系统,不依赖植物从二氧化碳合成淀粉,将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告诉记者。

      这一设想也成为天津工业生物技术研究所瞄准的前沿方向。2015年,研究所以项目制模式布局二氧化碳到淀粉人工合成的攻关任务。几年时间里,研究团队从头设计了一条只需11步主反应的非自然二氧化碳固定与淀粉合成新途径,在实验室中首次实现了从二氧化碳到淀粉分子的全合成。
      文汇网924日报道,二氧化碳到淀粉人工全合成!农业生产有望由碳“源”向碳“汇”转变粮食危机、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。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,将是影响世界的重大颠覆性技术。
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      天津工业生物所的这项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了新的技术路线。

      该成果得到国内外专家的高度评价,认为该工作是“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”,将在下一代生物制造和农业生产中带来变革性影响。

      农作物的种植通常需要较长周期,还需要使用大量土地、淡水等资源,以及肥料、农药等农业生产资料。因此,农业生产本身既是碳“源”,又是碳“汇”。如果能把节约的大量土地通过土地利用的变化、土地整治等增加碳汇,那么就可使农业生产由碳“源”变成碳“汇”。

      基于国家统计局相关数据推算,我国农地(耕地、园地)平均碳排放量约为每公顷500吨。如果一个3吨发酵罐与1公顷土地淀粉产量相当,那么同等替代就可以实现减排,对“碳中和”将起到显著促进作用。

      合成生物技术的应用,颠覆了农业传统产业模式,为社会经济问题提供解决方案,创造价值链高端的新经济增长点。未来,人类可进一步优化种植业结构,减少资源高消耗、化学品大投入的农作物种植,使农业生产由区域性单一种植向农林牧渔的多元化转变,由单一农产品供给功能向增加碳汇、保护生态环境的功能转变。