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近日 ， 中国科学院召开2021年度首场新闻发布会 ， 介绍该院天津工业生物技术研究所在人工合成淀粉方面取得的重要进展 。 该所研究人员提出了一种颠覆性的淀粉制备方法 ， 不依赖植物光合作用 ， 以二氧化碳、电解产生的氢气为原料 ， 成功生产出淀粉 ， 在国际上首次实现了二氧化碳到淀粉的从头合成 ， 使淀粉生产从传统农业种植模式向工业车间生产模式转变成为可能 ， 取得原创性突破 。 相关研究成果已在线发表于《科学》杂志 。 其中 ， 论文通讯作者是中科院天津工业生物技术研究所所长、南开大学1979级生物系校友马延和 。
马延和 ， 工学博士 ， 研究员 ， 1983年8月南开大学生物系微生物学专业毕业 ， 现任天津市第十七届人大常委会副主任 ， 农工党中央常委、天津市委会主委、滨海新区区委会主委 ， 中国科学院天津工业生物技术研究所所长 ， 滨海新区政协副主席（兼） 。
淀粉是“粥饭”中最主要的碳水化合物 ， 是面粉、大米、玉米等粮食的主要成分 ， 也是重要的工业原料 。 目前 ， 淀粉主要由绿色植物通过光合作用固定二氧化碳进行合成 。 在玉米等农作物中 ， 将二氧化碳转变为淀粉涉及60余步的代谢反应和复杂的生理调控 ， 太阳能的理论利用效率不超过2% 。 农作物的种植通常需要数月的周期 ， 使用大量的土地、淡水、肥料等资源 。
论文通讯作者、中科院天津工业生物技术研究所所长马延和直言“长期以来 ， 科研人员一直在努力改进光合作用这一生命过程 ， 希望提高二氧化碳的转化速率和光能的利用效率 ， 最终提升淀粉的生产效率 。 ”
为解决这一难题 ， 研究所于6年前开始设计项目 ， 他们做好了长期奋斗的准备 。 时至今日 ， 他们从头设计了11步主反应的非自然二氧化碳固定与人工合成淀粉新途径 ， 在实验室中首次实现了从二氧化碳到淀粉分子的全合成 。 这一人工途径的淀粉合成速率是玉米淀粉合成速率的8.5倍 。
在充足能量供给的条件下 ， 按照目前的技术参数推算 ， 理论上1立方米大小的生物反应器年产淀粉量相当于我国5亩土地玉米种植的平均年产量 。 马延和表示 ， 未来二氧化碳到淀粉的人工合成技术如果具有经济可行性 ， 工业车间制造淀粉将会实现 ， 与农业种植相比 ， 可以节省超过90%的土地和淡水资源 ， 并且消除化肥和农药对环境的负面影响 ， 必将带来一场新的产业变革 ， 对于保障粮食安全、促进社会经济可持续、高质量发展具有重大战略性意义 。
此外 ， 该成果也得到了国内外领域专家的高度评价 。 《科学》杂志新闻部执行主任梅根·菲兰认为 ， 该研究成果将为我们未来通过工业生物制造生产淀粉这种全球性重要物质提供新的技术路线；中科院院士赵国屏表示 ， 这是一项具有“顶天立地”重大意义的科研成果；德国科学院院士、欧洲科学院院士曼弗雷德·雷兹称 ， 此项工作将该领域的研究向前推进了一大步 ， 同时将天津工业生物技术研究所推向了国际顶尖水平 。
延伸阅读：
南开大学生物学科是南开最早建立的学科之一 。 1919年南开大学创建伊始 ， 即设有生物学门 。 1922年 ， 南开大学正式建立生物学系 。 1993年6月 ， 在生物学系的基础上联合分子生物学研究所 ， 组建成立生命科学学院 。 学院现建有国家级示范性生物实验教学中心、艾滋病研究中心、肿瘤生物学中心、昆虫学研究所和公共实验平台 ， 是国家生命科学与技术人才培养基地、国家理科基础科学人才培养基地 。
百余年来 ， 南开生物秉承“允公允能 ， 日新月异”的校训 ， 坚持“知中国、服务中国”的优良传统 ， 锐意进取 ， 开拓创新 ， 辛勤耕耘 ， 刻苦攻关 ， 培养了以殷宏章院士为代表的一批又一批的优秀人才 ， 为国家的科技进步和生命科学的发展做出了重要的贡献 。 学院毕业生以具备扎实的基础理论知识、娴熟的实验技能和勤奋刻苦的敬业精神 ， 受到国内外企事业单位的欢迎 。
【二氧化碳|国际首次！中国科学家“用二氧化碳合成淀粉”，成果登顶《科学》】素材来源南开大学
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