中卫市 中宁县第一中学 2021级 李双江 省级一等奖

指导教师：蔺文萍

近日一则重磅新闻席卷全球，2021年9月24日，中国科学院天津工业生物技术研究所所长马延和与副研究员蔡韬等在国际学术期刊《科学》发表淀粉人工合成方面取得重大突破性进展，在国际上首次在实验室实现了二氧化碳到淀粉的从头合成。这也是我国自上世纪六十年代人工合成牛胰岛素以来的又一次重大突破。

为何这则新闻会犹如水珠坠入深潭，皱起层层涟漪呢？这就不得不讨论一下淀粉的重要性了。淀粉是大米、玉米、小麦等谷物粮食中最主要的成分，是重要的工业原料，是我们粮食最重要的成分。可以说我们的生活的方方面面都离不开它。

而在人工合成淀粉出现之前，淀粉的生成主要靠农作物通过进行光合作用来合成的。我国是一个农业大国，但是我国的耕地面积仅有为150多万平方千米，占国土面积的16%左右，粮食问题，人民的温饱问题自古都是我国的需要面临的严峻的考验，而我国的温饱问题在了二十世纪八十年代解决了，用占世界7%左右的耕地，养活了占世界22%的人口，即使我们解决了千百年来的杂症，粮食却仍然在时时刻刻困扰着我们，这也是我国为什么这么支持、科学家们这么尽力去尝试人工合成淀粉的原因。

自然界的生物从CO2合成到淀粉，大约需要六十多个的生化反应，也就是我们常说的光合作用，而CO2人工合成淀粉大约需要11个步骤，这11个步骤，不是从原来的六十多个步骤中删删减减得出来的，而是从无到有，从零开始设计的一条全新的反应路径，简单点说就是科学家们设计了一条从C1（一碳化合物）到Cn（多碳化合物）的新路径。这个过程将二氧化碳加氢转化为甲醇分子，把可再生能源存储在液体燃料中，然后以甲醇为碳骨架和能源载体，进一步通过酶催化的反应，合成生物大分子葡萄糖，最后进行聚合产生淀粉。在整个过程中，最大的特点便是不使用细胞，工业合成，只需要CO2和水，各种有机或无机催化物，还有电能就可以了。在自然界中，谷物类农作物中淀粉的合成和积累涉及六十多个生化反应、植物机理调节以及外界环境的影响，导致其能量转换效率只有2%左右，但是人工合成淀粉的能量转换效率超过了10%。论上1立方米大小的生物反应器年产淀粉含量相当于我国5玉米地的年产淀粉量。这条新路线使淀粉生产方式从传统的农业种植向工业制造转变成为可能，为从CO2合成复杂分子开辟了新的技术路线——据此，即使这项技术还处于实验室阶段，但仍有强大的前景性，当这项技术成熟以后，可以走出实验室时，可想而知会给整个中国，乃至全球带来怎样的技术革新，到了那时高山峡谷，沙漠，冰原，这些险峻难以种植农作物的地方都可以成为效率高，产率大的农业产地，甚至当我们飞向太空的时候，只要有能量，我们也不用担心粮食问题。因为工业发展造成的温室效应，也可能会因为这项技术的成熟而得到很好的遏制。

展望未来，正是有这样敢前人所不敢，能前人所不能的英雄默默砥砺前行，才会使中国越来越繁荣富强，站在了世界前列。而二氧化碳人工合成淀粉这项革命性技术的出现又将给我们带来什么样的改变？我们且拭目以待。