今天（24日）凌晨，國際權威學術期刊《科學》發表中國科學院天津工業生物技術研究所（以下簡稱「天津工業生物所」）的重大突破性進展，在實驗室裏，他們在國際上首次實現了二氧化碳到澱粉的人工全合成，其澱粉人工合成效率是玉米作物的8.5倍。未來技術若可實現工業化應用，將可節省超過90%的耕地與淡水資源。

　國內外專家高度評價該成果是「典型的0到1原創性突破」，不僅對未來的農業生產、特別是糧食生產具有革命性影響，而且對全球生物製造產業的發展具有里程碑式的意義。

　澱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。自然界的澱粉合成與積累，涉及60餘步生化反應以及複雜的生理調控。人工合成澱粉是科技領域一個重大課題。此前，多國科學家積極探索，但一直未取得實質性重要突破。

　中國科學院天津工業生物技術研究所研究員馬延和帶領團隊，採用一種類似「搭積木」的方式，從頭設計、構建了11步反應的非自然固碳與澱粉合成途徑，在實驗室中首次實現從二氧化碳到澱粉分子的全合成。核磁共振等檢測發現，人工合成澱粉分子與天然澱粉分子的結構組成一致。

　實驗室初步測試顯示，人工合成澱粉的效率約為傳統農業生產澱粉的8.5倍。在充足能量供給的條件下，按照目前技術參數，理論上1立方米大小的生物反應器年產澱粉量相當於我國5畝玉米地的年產澱粉量。

　馬延和介紹，此次研究設計、組裝出一種自然界不存在的合成代謝途徑，並使其工作效率大幅高於自然生物過程，跨越了自然途徑數億年的進化。這一突破，為澱粉的車間生產打開一扇窗口，並為二氧化碳原料合成複雜分子開闢了新的技術路線。

　對於此次成果，德國科學院院士曼弗雷德⋅雷茲、美國工程院院士延斯⋅尼爾森等國際知名專家均給予高度評價，認為這一重大突破將該領域研究向前推進了一大步。

　中科院副院長周琪說，成果目前尚處於實驗室階段，離實際應用還有距離，後續需盡快實現從「0到1」概念突破到「1到10」的轉換。

　據了解，經科技部批准，天津工業生物所正在牽頭建設國家合成生物技術創新中心。科研團隊的下一步目標，一方面是繼續攻克澱粉合成人工生物系統的設計、調控等底層科學難題，另一方面要推動成果走向產業應用，未來讓人工合成澱粉的經濟可行性接近農業種植。

   中國科學院天津工業生物技術研究所蔡韜副研究員在實驗室展示人工合成澱粉樣品。新華社