中卫市 中宁县第一中学 2020级 刘明德 省级二等奖

指导教师：蒋颖香

如果说人类最离不开什么，那它最可能是食物。人类在地球上生活了600多万年，我们的祖先，从茹毛饮血到习惯于吃熟食，从野外生存到自给自足，时代的发展技术的进步为我们的生活带来了很大的改善。

追溯历史，我们的祖先从7500年前开始种植水稻，直到5000年前，种植水稻的技术已经有了很大的进步，淀粉这一供给人类能量的主要来源得到了保障。

时至今日，我们已经有了米面等粮食作物，淀粉的供应也十分充足，但是对于任何一项技术，我们中国的态度一直都是做好做强，甚至领先世界，带领世界技术发展。就在2021年9月24日，中国实现了实验室首次二氧化碳到淀粉的从头合成，中国科学院天津工业生物所、大连化物所是此项研究成果的研发单位。

在传统农业中，通过种植水稻玉米等粮食，通过植物的光合作用将光能转化为淀粉，这种自然手段不仅受限于时间、空间、温度，同时其复杂的合成过程使得转化效率和成本也难以完全掌控。简而言之，将人工合成淀粉做到低消耗高产量高效率，对我国预防粮食危机、气候变化有着极大作用。

此次二氧化碳到淀粉的全合成，能量转化效率提升3.5倍，突破自然光合固碳系统利用太阳能的局限。科研团队创新地提出将化学与生物催化相耦合的方案，从约7000个生化反应中、构建形成只有11步主反应的固碳淀粉人工合成途径，相较于自然界合成淀粉所需的60多个步骤，其复杂程度显著降低。突破天然淀粉合成时空效率不高的限制，由于缺少自然途径上亿年的进化过程，人工途径中来源于不同物种的生物酶催化剂间存在难以适配的问题。针对这个问题，研究团队开发了模块组装优化与时空分离反应策略，解决了人工途径中底物竞争、产物抑制等问题，最终获得了淀粉合成速率和效率显著提升的人工途径。

中国人工合成淀粉是这项领域的重大突破，国际学术界认为是影响世界的重大颠覆性技术，下一步对农业生产、对工业的生物制造实际上提供了一个新的途径，具有非常重大的推进意义。

同时，如果未来二氧化碳人工合成淀粉的系统过程成本能够降低到与农业种植相比具有经济可行性，将会节约90%以上的耕地和淡水资源，避免农药、化肥等对环境的负面影响，推动形成可持续的生物基社会，提高人类粮食安全水平。