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。相关研究成果以题为“Cell-free chemoenzymatic starch synthesis from carbon dioxide”发表于最新一期《Science》上，并被新华社、科技日报争相报道。9月23日拍摄的新闻发布会现场。新华社记者 金立旺 摄淀粉是粮食最主要的成分，通常由农作物通过自然光合作用固定二氧化碳生产。自然界的淀粉合成与积累，涉及60余步生化反应以及复杂的生理调控。人工合成淀粉是科技领域一个重大课题。此前，多国科学家积极探索，但一直未取得实质性重要突破。
9月23日，中国科学院天津工业生物技术研究所马延和研究员在发布会上向媒体介绍研究成果。新华社记者 金立旺 摄中国科学院天津工业生物技术研究所研究员马延和带领团队，采用一种类似“搭积木”的方式，从头设计、构建了11步反应的非自然固碳与淀粉合成途径，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。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。在充足能量供给的条件下，按照目前技术参数，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。马延和介绍，此次研究设计、组装出一种自然界不存在的合成代谢途径，并使其工作效率大幅高于自然生物过程，跨越了自然途径数亿年的进化。这一突破，为淀粉的车间生产打开一扇窗口，并为二氧化碳原料合成复杂分子开辟了新的技术路线。
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（9月16日摄）。新华社记者 金立旺
TK生物基材料 ， 央视：首次从二氧化碳到淀粉的全人工合成，有哪些技术突破？#生物基 #新闻
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相关问题解答引援自中国科普博览（知乎）对研究团队，中国科学院天津工业生物技术研究所的孙红兵、蔡韬、王钦宏三位老师的采访。（PS：由该媒体的小编理解后进行编辑，并非本人原话）
不是的。首先，目前的研究成果还处于实验室阶段，其次，后期考虑先替代工业淀粉。自然界的淀粉合成需要60多步复杂的反应和精细的调控，目前，这条人工合成路径只需要11步！能让我们未来能够像工业发酵生产啤酒一样生产淀粉。这是一项中国科学家做出的原创性重大突破，由中科院天津工业生物所科研团队联合大连化学物理研究所完成。这里需要特别注意的是，科学家们并不是将60多步删删减减，就得到11步，而是重新设计出了一条路。他们首先从很多种生物的生物化学反应中，计算出了一条极简路径，但是这个路径是计算出来的，实际操作中各个步骤之间不太兼容，比如所需要的反应条件不太一样。科学家们又通过模块化思维，选择不同的反应过程，才摸索出了这条11步的反应路径。然后，科学家们又通过蛋白质生物工程改造手段和反应时空分离，提高反应效率和速度。不过，现在的方法已经可以实现直链淀粉和支链淀粉的可控合成了！不少人关心能耗问题，目前研究处于实验室阶段，生产全程的能耗还没有准确计算，但是工业化之前这个问题大家一定能得到答案，一步步来。还有不少人问成本，同样的原因～再次强调，研究目前还处于实验室阶段，别的不说，就说酶，酶有多贵如果不知道的话可以问一下学生物的朋友……这也是大规模工业化之前必须解决的问题，一步步来。虽然现在的结果非常振奋人心，但是理论上，这一方法的能量利用效率和合成速率比现在的结果更高，科学家们还将继续优化这一过程，冲击更高的反应效率和速度！6.为什么要尝试人工合成淀粉？
粮食安全是国家安全的重要基础，我国一直积极推进农业生物技术进步，从遗传杂交育种到分子设计育种，从转基因新品种培育到基因编辑技术育种，我们一直在追赶着国际科技前沿。蔡韬在实验室展示人工合成淀粉样品 | 图源：新华社
其实人工合成淀粉的想法由来已久，即使是替代一部分粮食淀粉作为工业原料、甚至饲料，也是对缓解农业压力的巨大贡献。
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。的确这条路线存在很多的不确定性，科学问题复杂，技术路线不清、瓶颈问题难测，但是，科学研究就需要大胆的实践、勇闯无人区。国家要求我们，敢于走前人没走过的路，努力实现关键核心技术自主可控，把创新主动权、发展主动权牢牢掌握在自己手中。我们科技工作者要有强烈的国家使命感，面向国家重大战略需求，在科技工作中做出重大创新贡献是我们的责任担当。“从二氧化碳到淀粉的人工合成”工业路径是事关长远和全局的科技战略制高点。学习植物，利用科学，我们解决了两个问题
从二氧化碳到淀粉，也就是从C1（碳一化合物）到Cn（多碳化合物）的过程，并不容易。自然界中，玉米等农作物中淀粉的合成与积累涉及约60步代谢反应以及复杂的生理调控，但是理论能量转化效率仅为2%左右。
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个生化反应，且需要复杂的生理调节。这里需要特别注意的是，科学家们并不是将60多步删删减减，就得到11步，而是重新设计出了一条路。
他们首先从很多种生物的生物化学反应中，计算出了一条极简路径，但是这个路径是计算出来的，实际操作中各个步骤之间不太兼容，比如所需要的反应条件不太一样。科学家们又通过模块化思维，选择不同的反应过程，才摸索出了这条11步的反应路径。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。这条新路线使淀粉生产方式从传统的农业种植向工业制造转变成为可能，为从CO2合成复杂分子开辟了新的技术路线。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。受天然光合作用的启发，科研人员在太阳能分解水制绿氢的技术上，进一步开发了高效的化学催化剂，把二氧化碳还原成甲醇等更容易溶于水的一碳化合物（也就是C1），完成了光能——电能——化学能的转化，该过程的能量转化效率超过10%，远超光合作用的能量利用效率（2%），也为后续进一步采用生物催化合成淀粉奠定了理论基础。解决农业问题，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。
自古以来我国的漕运体系，都是需要非常忙碌的转运粮食等物资，而有了这项技术，北方甚至更北的地方直接可以生产淀粉了，那南北的差距也可以得到很好的缓解。
温室问题？全球变暖呢？
全球变暖可以说是这些年来一直困扰全人类的问题
让很多人一直担忧，而造成全球变暖的核心因素在于二氧化碳这种温室气体。
工业生产，汽车排放等等都是导致二氧化碳增多的因素，虽然植物一直在持续固定二氧化碳，但是还是比不上二氧化碳的排放。
但是有了这种技术，那直接把二氧化碳固定下来，这效率比农业和植物快多了，那是不是温室气体问题就可以解决了？
10.聚乳酸合成？
目前可以规模化生产的生物基塑料主要是聚乳酸（PLA）。PLA的原料是乳酸，而乳酸的原料目前主要来自玉米，市场上曾有人担忧发展降解塑料会对粮食安全造成威胁。
假设2025年国内PLA的产量达到400万吨，按照2.5-3吨的玉米单耗来看，需要消耗1200万吨的玉米，约占目前国内玉米产量的3-4.6%。
对于聚乳酸“与民争执”的解决方案目前看来主要有两个，一个是强化对农业废弃物的应用，比如目前聚乳酸企业都在尝试的“秸秆乳酸”技术，将我国大量的农业废物残余有效利用，告别与民争粮，同时也能够提高资源的利用效率。
而二氧化碳人工合成淀粉的技术，无疑更给乳酸的来源增添了新的发展思路，通过人工光合作用制造淀粉，发酵乳酸。
当然，目前的一切还处于起步阶段，对于这项轰动一时的技术我们也免不了怀疑，工业化是否可行，我们是否对它的期望过高？
用网上博主的一句话作为回复吧，永远充满希望：
最后，我想一定会有人说，这技术离应用还早呢，这是必然的，但是这种重要性，相信谁都看得到。
曾有一个贵妇人质问电的发现者法拉第:“电有什么用呢?”法拉第巧妙地反问道:“新生婴儿有什么用呢?”
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