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日期: 2021-09-24 | 来源: 中国新闻网 | 有2人参与评论 | 字体: 小 中 大
中科院天津工业生物技术研究所蔡韬副研究员在实验室展示人工合成淀粉样品。 中科院科技摄影联盟 供图
中科院天津工业生物所介绍说,淀粉是粮食最主要的成分,同时也是重要的工业原料。目前,淀粉主要由玉米等农作物通过自然光合作用固定二氧化碳生产,淀粉合成与积累涉及60余步代谢反应以及复杂的生理调控,理论能量转化效率仅为2%左右。农作物的种植通常需要较长周期,需要使用大量土地、淡水等资源以及肥料、农药等农业生产资料。粮食危机、气候变化是人类面临的重大挑战,粮食淀粉可持续供给、二氧化碳转化利用是当今世界科技创新的战略方向。而不依赖植物光合作用,设计人工生物系统固定二氧化碳合成淀粉,是影响世界的重大颠覆性技术。
该所自2015年起聚焦人工合成淀粉与二氧化碳生物转化利用,开展需求导向科技攻关,集聚所内外创新资源,加强“学科-任务-平台”整合,实现各方科研力量的有机融合和高效协同,组建当初平均年龄30周岁的优秀青年科学家团队,持续6年深耕人工合成淀粉项目研发。
青年科学家团队从头设计出11步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从二氧化碳到淀粉分子的全合成。他们采用一种类似“搭积木”的方式,联合中科院大连化学物理研究所,利用化学催化剂将高浓度二氧化碳在高密度氢能作用下还原成碳一(C1)化合物,然后通过设计构建碳一聚合新酶,依据化学聚糖反应原理将碳一化合物聚合成碳三(C3)化合物,最后通过生物途径优化,将碳三化合物又聚合成碳六(C6)化合物,再进一步合成直链和支链淀粉(Cn化合物)。
该团队还通过耦合化学催化与生物催化模块体系,创新高密度能量与高浓度二氧化碳利用的生物过程技术,通过反应时空分离优化,解决人工途径中底物竞争、产物抑制、热/动力学匹配等问题,扩展人工光合作用的能力。按照目前技术参数,在能量供给充足条件下,理论上1立方米大小的生物反应器年产淀粉量相当于5亩土地玉米种植的淀粉产量(按中国玉米淀粉平均亩产量计算)。这一成果使淀粉生产的传统农业种植模式向工业车间生产模式转变成为可能,并为二氧化碳原料合成复杂分子开辟新的技术路线。
中国科学家在淀粉人工合成方面取得的重大颠覆性成果,也获中外同行专家高度评价,认为这是“典型的0到1原创性突破”,是“扩展并提升人工光合作用能力前沿研究领域的重大突破,是一项具有‘顶天立地’重大意义的科研成果”“不仅对未来的农业生产、特别是粮食生产具有革命性的影响,而且对全球生物制造产业的发展具有里程碑式的意义”“将在下一代生物制造和农业生产中带来变革性影响”- 新闻来源于其它媒体,内容不代表本站立场!
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