首屆寧夏中學(xué)生科普科幻作文大賽二等獎(jiǎng)作品展示：淀粉新創(chuàng)造

編輯：劉宇心 審核：楊鵬斌

中衛(wèi)市 中寧縣第一中學(xué) 2020級(jí) 劉明德 省級(jí)二等獎(jiǎng) 指導(dǎo)教師：蔣穎香

如果說(shuō)人類最離不開什么，那它最可能是食物。人類在地球上生活了600多萬(wàn)年，我們的祖先，從茹毛飲血到習(xí)慣于吃熟食，從野外生存到自給自足，時(shí)代的發(fā)展技術(shù)的進(jìn)步為我們的生活帶來(lái)了很大的改善。

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追溯歷史，我們的祖先從7500年前開始種植水稻，直到5000年前，種植水稻的技術(shù)已經(jīng)有了很大的進(jìn)步，淀粉這一供給人類能量的主要來(lái)源得到了保障。

時(shí)至今日，我們已經(jīng)有了米面等糧食作物，淀粉的供應(yīng)也十分充足，但是對(duì)于任何一項(xiàng)技術(shù)，我們中國(guó)的態(tài)度一直都是做好做強(qiáng)，甚至領(lǐng)先世界，帶領(lǐng)世界技術(shù)發(fā)展。就在2021年9月24日，中國(guó)實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)室首次二氧化碳到淀粉的從頭合成，中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物所、大連化物所是此項(xiàng)研究成果的研發(fā)單位。

在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中，通過(guò)種植水稻玉米等糧食，通過(guò)植物的光合作用將光能轉(zhuǎn)化為淀粉，這種自然手段不僅受限于時(shí)間、空間、溫度，同時(shí)其復(fù)雜的合成過(guò)程使得轉(zhuǎn)化效率和成本也難以完全掌控。簡(jiǎn)而言之，將人工合成淀粉做到低消耗高產(chǎn)量高效率，對(duì)我國(guó)預(yù)防糧食危機(jī)、氣候變化有著極大作用。

此次二氧化碳到淀粉的全合成，能量轉(zhuǎn)化效率提升3.5倍，突破自然光合固碳系統(tǒng)利用太陽(yáng)能的局限。科研團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新地提出將化學(xué)與生物催化相耦合的方案，從約7000個(gè)生化反應(yīng)中、構(gòu)建形成只有11步主反應(yīng)的固碳淀粉人工合成途徑，相較于自然界合成淀粉所需的60多個(gè)步驟，其復(fù)雜程度顯著降低。突破天然淀粉合成時(shí)空效率不高的限制，由于缺少自然途徑上億年的進(jìn)化過(guò)程，人工途徑中來(lái)源于不同物種的生物酶催化劑間存在難以適配的問(wèn)題。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了模塊組裝優(yōu)化與時(shí)空分離反應(yīng)策略，解決了人工途徑中底物競(jìng)爭(zhēng)、產(chǎn)物抑制等問(wèn)題，最終獲得了淀粉合成速率和效率顯著提升的人工途徑。

中國(guó)人工合成淀粉是這項(xiàng)領(lǐng)域的重大突破，國(guó)際學(xué)術(shù)界認(rèn)為是影響世界的重大顛覆性技術(shù)，下一步對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、對(duì)工業(yè)的生物制造實(shí)際上提供了一個(gè)新的途徑，具有非常重大的推進(jìn)意義。

同時(shí)，如果未來(lái)二氧化碳人工合成淀粉的系統(tǒng)過(guò)程成本能夠降低到與農(nóng)業(yè)種植相比具有經(jīng)濟(jì)可行性，將會(huì)節(jié)約90%以上的耕地和淡水資源，避免農(nóng)藥、化肥等對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響，推動(dòng)形成可持續(xù)的生物基社會(huì)，提高人類糧食安全水平。