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将来生产粮食或许不用再种地 ， 只需20万亩的生物反应器就能生产出全国6.4亿亩玉米的淀粉总产量 。 这听起来像是科幻电影里面的情节 ， 但如今正在成为现实！
2021年9月24日 ， 我国科学家在国际知名期刊Science上发表重大科技成果 ， 首次对外公布了一种颠覆性的淀粉制备方法 。
在实验室条件下 ， 我国科学家以二氧化碳和氢气为原料 ， 精心设计了11步化学聚糖主反应 ， 成功合成了淀粉 ， 生产效率是传统农作物的8.5倍 ， 将原来60多步生化反应缩短了50多步 ， 大大提高了效率 ， 在全球科学界引发巨大轰动 。
人工合成淀粉有哪些优势？
第一 ， 可节约90%以上的淡水和土地资源 。 如果能量供应充足 ， 那么1m的反应器生产的淀粉量就相当于5亩玉米 。 据统计 ， 我国玉米的平均亩产量在800~1200斤左右 ， 折中取1000斤来计算 ， 1m的反应器就可生产5000斤的玉米淀粉量（纯淀粉量在3000斤以上） 。
预计在2021~2022年度 ， 我国玉米的种植总面积可达6.4亿亩 。 如果采用生化合成 ， 最少只需20万亩的占地面积（只铺一层的情况下）即可完成全国玉米的淀粉生产任务 。 如果把生物反应器铺上10层 ， 所需面积只需要2万亩 ， 极大地节约了土地资源 。
第二 ， 减少农药、化肥污染 ， 节能环保 。 传统农业要获得高产 ， 化肥和农药必不可少 ， 但这也给环境保护、食品安全带来了隐患 。
来自国家统计局的数据显示 ， 我国化肥的年施用量超过5000万吨 ， 农药施用量达200多万吨 ， 对淡水河湖造成了严重污染 。 大家都知道 ， 我国河湖富营养化趋势日渐加重 ， 安徽巢湖、江苏太湖等深陷“营养病” ， 蓝藻水华频繁爆发 ， 在这背后化肥的滥用难辞其咎 。
人工合成淀粉比传统的农业生产方式更环保、节能 ， 也更可持续 ， 从根本上解决了抗生素、农药残留等食品安全问题 。
第三 ， 加快实现“碳中和” ， 缓解温室效应 ， 延缓全球气温升高 。 2020年9月 ， 我国在第75届联合国大会上宣布将于2030年前实现碳达峰 ， 争取在2060年实现碳中和 。 为实现这一宏大愿景 ， 一场深刻的系统性社会经济变革在国内相继展开 ， 涉及到产业、能源的方方面面 。
以二氧化碳为原料合成淀粉 ， 不仅做到了变废为宝 ， 还为我国早日实现碳中和提供了新的解决方案 ， 具有极为重要的潜在应用价值 。
人工合成淀粉是如何实现的？
人工合成淀粉是基于自然界的光合作用提出的 ， 其原理还要从植物的光反应和暗反应说起 。
自然界最常见的淀粉合成方式：光合作用植物的光合作用分为光反应和暗反应两部分 ， 前者发生在类囊体薄膜上 ， 后者则发生在叶绿体基质内 。 在光反应阶段 ， 水在光解作用下生成氧气和还原氢 ， 这里的还原氢为暗反应阶段的碳循环提供了还原动力 。
重点是暗反应阶段 ， 该过程又可以进一步分为CO2的固定以及C3的还原2个过程 。 首先 ， CO2与C5在酶的催化作用下分解成2分子的C3 ， 实现了CO2的固定 。 接着 ， 生成的C3在还原氢、ATP和酶的作用下生成葡萄糖、水以及C5 。 反应生成的C5再次参与碳循环 ， 如此反复 ， 源源不断地生成葡萄糖（葡萄糖经聚合之后即形成淀粉） 。
人工合成淀粉：从60多步到11步首先 ， CO2在电氢还原作用下生成甲醇 ， 再经过碳碳缩合反应生成C3 ， 而C3是一个重要中间体 ， 包括DHA（二羟丙酮）、DHAP（磷酸二羟丙酮） 。 之后再经过三碳缩合反应就可以生成C6 ， 也就是葡萄糖单体 ， 最后经生物聚合就可以生成淀粉 。
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