糧食不需要土地種植，可以在生產車間中制造出來。如今，這個看似天方夜譚的想象正在成為可能。

以二氧化碳為原料，不依賴植物光合作用，直接人工合成淀粉——我國科學家在實驗室里首次實現(xiàn)二氧化碳到淀粉的從頭合成，成果北京時間24日由國際學術期刊《科學》發(fā)表。

淀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。

自然界的淀粉合成與積累，涉及60余步生化反應以及復雜的生理調控。中國科學院天津工業(yè)生物技術研究所研究員馬延和帶領團隊，采用一種類似“搭積木”的方式，從頭設計、構建了11步反應的非自然固碳與淀粉合成途徑，在實驗室中首次實現(xiàn)從二氧化碳到淀粉分子的全合成。

實驗室初步測試顯示，人工合成淀粉的效率約為傳統(tǒng)農業(yè)生產淀粉的8.5倍。

“這也意味著，我們所需要的淀粉，今后可以將二氧化碳作為原料，通過類似釀造啤酒的過程，在生產車間中制造出來?！碧旖蚬I(yè)生物所所長馬延和說。

不依賴植物光合作用、人工合成碳水化合物，一直是世界各國科學家的夢想。此前，華人科學家楊培東曾帶領團隊利用聚糖反應成功將二氧化碳轉化為多種單糖混合物。

“但是，他們還尚未實現(xiàn)復雜碳水化合物的人工定向合成?！碧旖蚬I(yè)生物所副研究員蔡韜說：“也就是說，他們的路線方法合成的是多種簡單糖類化合物的混合物，還很難定向到其中的一種?！?/p>

專家介紹，淀粉高效人工合成的挑戰(zhàn)主要來自低密度太陽能到高密度電能和氫能，低濃度二氧化碳到高濃度二氧化碳，以及復雜合成途徑到簡單合成途徑3個方面。此前，在眾多科研人員的努力下，前兩個問題已基本得到了解決。

“這次，我們主要在人工合成途徑構建方面實現(xiàn)了跨越式突破?！瘪R延和說。

他介紹，一是跨越了人工途徑進化的鴻溝?？朔瞬煌瑏碓?、不同遺傳背景的生物酶之間熱力學與動力學不匹配等瓶頸，二氧化碳到淀粉的碳轉化速率和效率顯著提升；二是跨越了從虛擬到現(xiàn)實的鴻溝。團隊用計算機可以設計出很多條合成途徑，通過各種模塊的組裝和適配，最終篩選出了符合條件的路徑，實現(xiàn)了人工淀粉合成。

“經過分析鑒定，我們合成的淀粉樣品無論成分還是理化性質，都和自然生產的淀粉一模一樣?！辈添w說。

據(jù)科研團隊介紹，在充足能量供給的條件下，按照目前的技術參數(shù)推算，理論上1立方米大小的生物反應器年產淀粉量相當于我國5畝土地玉米種植的平均年產量。

馬延和說：“這一成果使淀粉生產的傳統(tǒng)農業(yè)種植模式向工業(yè)車間生產模式轉變成為可能，并為二氧化碳原料合成復雜分子開辟了新的技術路線。”

不過，這一成果目前尚處于實驗室階段，離實際應用還有距離。