2021年9月24日
“科学家实现利用二氧化碳合成淀粉”的消息刷屏
这项登上《科学》杂志的成果
由中国科学院天津工业生物研究所完成
（以下简称天津工生所）
它预示着
在解决人类发展面临的粮食问题上
我国科学家又迈出了关键一步
如今，该成果从实验室走向了生产线
建成的吨级中试装置正在进行测试

▲人工合成淀粉样品

2014年
天津工生所创始所长马延和脑洞大开：
能不能模仿植物
直接利用空气中的二氧化碳来合成所需物质？
这可谓是“凭空制造、随心所欲”
经过仔细论证
大家觉得合成细胞太过困难
但在胞外利用二氧化碳合成淀粉或许可以试试
2015年1月
还在国外访学的副研究员蔡韬接到马延和电话后
惊讶又兴奋
“凭空制造，这可能吗？”
前期的调研结果不容乐观
领域内知名专家纷纷摇头
“植物的光合作用已存在十几亿年
至今还未完全弄清楚系统机制
你们能从头合成？”
但马延和想
“植物能做的事，我们怎么就不能？”

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▲人工合成淀粉工程化模型

说干就干！
2016年，“二氧化碳的人工生物转化”
成为中国科学院重点部署项目
“二氧化碳合成淀粉”研究开启前期探索
科研人员开发出全新的算法
在二氧化碳到淀粉之间的6568个生化反应中
计算出一条只有9步主反应的最短合成途径
可这只是理论上的合成路径
现实中能走通吗？
开始进行实验后
困难超出了大家的想象
其中最突出的是酶的问题
前两年多的时间里
科研人员都在与酶“斗智斗勇”
依照计算出来的路径
许多酶的组合在现实中从未出现过
他们只能对已有的酶进行定向改造
或是从头设计新的酶

二氧化碳“变”淀粉：实现从0到1，还要从1到10 | 科技自立自强

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▲蔡韬（左一）与技术人员讨论

后来
团队实现了碳一化合物到淀粉的合成
却又卡在了从二氧化碳到碳一化合物的转化中
转化得到的甲醛量不足
无法支撑后续反应
眼看为期3年的项目就要结题
整个科研团队的压力都达到了最大值
蔡韬已经记不清
与马延和、游淳等人讨论了多少次
在不断的讨论中
蔡韬逐渐找到思路：
利用甲醇中“氢燃烧”产生的能量
驱动产生甲醛的反应
解决其中的热力学匹配问题
2018年7月24日
蔡韬收到技术员发来的照片：
一个试剂管中碘溶液呈淡蓝紫色
他立即一路小跑赶到实验室
抑制不住地喊道
“太好了！制造路径终于全线打通了！”
至此
二氧化碳合成淀粉终于实现了“从0到1”

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▲人工合成淀粉遇碘变蓝。

此后，项目组又陆续做出了2.0、3.0版本
将淀粉合成产量提高至1.6克/升
其合成速率明显超过玉米
接下来，敢不敢做产业化？
万一失败怎么办？
在马延和看来
“产业化是最初的理想、也是最终的目标
我们走到一半不走了，怎么甘心？”
经过深思熟虑，大家下定决心：
做！
2022年底
工程化测试平台建成
百升级、吨级中试装置启动测试
这意味着
二氧化碳合成淀粉走出实验室、来到了生产线
团队正式开始朝“从1到10”的目标迈进

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▲人工合成淀粉工程化测试平台。刘如楠摄

未来
他们要把人工合成淀粉的成本降下来
甚至降到比农业种植更低
前方的路还很长
但科研团队坚信
路虽远，行则将至
事虽难，做则可成！

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▲人工合成淀粉科研团队。（本文图片除标注外均由天津工生所提供）