重大颠覆性突破 中国首次在实验室实现人工合成淀粉

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2021年09月24日 02:09 中国新闻网

　　原标题：国际重大颠覆性突破 中国首次在实验室实现人工合成淀粉

                               
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　　中新网北京9月24日电 （记者 孙自法）二氧化碳能合成淀粉吗？对这个貌似天方夜谭的问题，中国科学家历时6年多科研攻关给出肯定和详细的答案。继上世纪60年代在世界上首次完成人工合成结晶牛胰岛素之后，中国科学家又在人工合成淀粉方面取得重大颠覆性、原创性突破——国际上首次在实验室实现二氧化碳到淀粉的从头合成。

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　　由中国科学院天津工业生物技术研究所（中科院天津工业生物所）主导完成的人工合成淀粉重大科技突破进展成果论文，北京时间9月24日凌晨在著名国际学术期刊《科学》上线发表，从而为从二氧化碳到淀粉生产的工业车间制造“打开了一扇窗”。

                               
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中科院天津工业生物技术研究所科研人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

　　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，向设计自然、超越自然目标的实现迈进一大步，为创建新功能的生物系统提供新的科学基础，也将为未来从二氧化碳合成淀粉开辟崭新道路，使未来淀粉的工业化生物制造成为可能。

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　　业内专家称，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。同时，最新研究成果实现在无细胞系统中用二氧化碳和电解产生的氢气合成淀粉的化学-生物法联合的人工淀粉合成途径（ASAP），为推进“碳达峰”和“碳中和”目标实现的技术路线提供一种新思路。

                               
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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

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　　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）。

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　　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”。（完）

大猫咪

向科学家致敬

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大猫咪 发表于 2021-9-27 21:03
向科学家致敬

二氧化碳人工合成淀粉，未来不用种地了吗？

2021年09月27日 22:09 新京报作者：张璐

　　原标题：二氧化碳人工合成淀粉，未来不用种地了吗？

　　新京报讯（记者 张璐）近期，中科院天津工业生物技术研究所在淀粉人工合成方面取得突破性进展，在国际上首次实现二氧化碳到淀粉的从头合成。相关成果于9月24日在线发表在国际学术期刊《科学》上。

　　这项相关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提供了新的技术路线。专家认为，这是一项颠覆式的创新，未来有望解决粮食问题。

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.珏 发表于 2021-10-1 00:24
二氧化碳人工合成淀粉，未来不用种地了吗？

2021年09月27日 22:09 新京报作者：张璐

　　焦点1：二氧化碳人工变淀粉，如何实现的？

　　淀粉是具有重要营养价值的主要碳水化合物。农作物通过光合作用，将太阳光能、二氧化碳和水转化为淀粉。但是，在玉米等农作物中，将二氧化碳转变为淀粉涉及超过60步的生物化学反应和复杂的生理调控，太阳能的利用效率不超过2%。

　　从能量角度看，光合作用的本质是将太阳光能转化为淀粉中储存的化学能。如何更高效地将光能转变为化学能？

　　据中科院官网信息显示，科研人员想到了“光能—电能—化学能”的能量转变方式，首先通过光伏发电将光能转变为电能，通过光伏电水解产生氢气，然后通过催化利用氢气将二氧化碳还原生成甲醇，将电能转化为甲醇中储存的化学能，该过程的能量转化效率超过10%，远超光合作用的能量利用效率。

　　甲醇储存了来自太阳能的能量，但是自然界中并不存在甲醇合成淀粉的生命过程。科研人员利用合成生物学的思想，从海量的生物化学反应数据中设计出了甲醇到淀粉的人工路线ASAP（Artificial Starch Anabolic Pathway）。

　　为将设计蓝图变为现实，科研人员挖掘与改造了来自动物、植物、微生物等31不同物种的62个生物酶催化剂，最终优中选优，使用10个酶逐步将一碳的甲醇转化为三碳的二羟基丙酮，进一步转化为六碳的磷酸葡萄糖，最后转化为淀粉。

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.珏 发表于 2021-10-1 00:24
　　焦点1：二氧化碳人工变淀粉，如何实现的？　　淀粉是具有重要营养价值的主要碳水化合物。农作物通过 ...

　　焦点2：合成的淀粉和自然淀粉一样吗？这种合成有何优势？

　　“我们通过了科学上的金标准，就是核磁检测。拿我们合成的直链淀粉和支链淀粉与自然界中的进行比对，得到的核磁结果一模一样。”中科院天津工业生物所副研究员蔡韬说，合成的淀粉实际上和自然淀粉没有区别。

　　据悉，传统淀粉依赖提取，产物多为大分子支链淀粉。ASAP不仅能合成易消化的支链淀粉，还能合成消化慢、升糖慢的直链淀粉。

　　中科院科研人员创制的利用二氧化碳和电能合成淀粉的人工路线，仅涉及11步生化反应，淀粉的生产效率是玉米光合作用的8倍以上。整个过程可在一个生物反应器中进行，1立方米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。

.珏

.珏 发表于 2021-10-1 00:25
　　焦点2：合成的淀粉和自然淀粉一样吗？这种合成有何优势？　　“我们通过了科学上的金标准，就是核磁 ...

　　焦点3：为何要摆脱植物进行二氧化碳固定？

　　当今世界面临全球气候变化、粮食安全、能源资源短缺、生态环境污染等一系列重大挑战。二氧化碳的转化利用与粮食淀粉工业合成，正是应对挑战的重大科技问题之一。

　　随着地球人口数量规模急剧扩张，可用耕地面积萎缩，粮食安全、温饱问题越发突出。种植获得富含淀粉的食物，可以满足人类对淀粉的需求，但受自然天气和耕种影响较大。新的成果可以摆脱耕地和自然环境限制，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。

　　传统种植获取淀粉会使用大量的氮磷钾肥、农药等，长时间使用容易造成土壤理化性质恶化，作物果实品质降低，对人类健康产生影响。此次研究成果提出的淀粉制备方法，避免使用农药等，所获得的产品更加健康。

　　蔡韬在接受《科技日报》记者采访时表示，摆脱植物进行二氧化碳固定是科学家多年来的梦想，二氧化碳人工生物转化方面是国际上研究的热点和难点。

　　过去几年，仅在《细胞》《自然》《科学》上发表的相关论文就不下十篇，主要集中在二氧化碳固定、人工光合作用等研究方向。2018年，美国国家航空航天局（NASA）提出了二氧化碳制造葡萄糖的百年挑战计划，但是目前淀粉的从头人工合成还没有实现突破。中科院天津工业生物技术研究所在国际上首次做到了从二氧化碳到淀粉的全合成，这种人工合成淀粉的方式展现了超越自然淀粉合成方式的极大潜力。

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.珏 发表于 2021-10-1 00:25
　　焦点3：为何要摆脱植物进行二氧化碳固定？　　当今世界面临全球气候变化、粮食安全、能源资源短缺、 ...

　　焦点4：这项人工合成淀粉技术有何意义？

　　中国农业大学食品科学与营养工程学院副教授朱毅称，这项研究成果不依赖植物、细菌的光合作用，设计了人工系统固定二氧化碳合成淀粉，转变了原本的思维方式，优化了既有的合成步骤。“这不是跟随式的发明，而是颠覆式的创新，它让我们看到，无限可以利用的能源就是无限的粮食。”她认为，现在研究还处于实验室阶段，未来合成淀粉可能优先代替工业淀粉。

　　中国农业大学食品科学与营养工程学院教授罗云波称，这个研究成果是生物科学和化学科学结合的了不起成就，前景一定是很美妙的，未来有望解决粮食问题。

　　据悉，如果未来该系统过程成本能够降低，与农业种植相比具有经济可行性，将可能节约90%以上的耕地和淡水资源。另外，ASAP的成功构建，为推进我国碳达峰和碳中和目标奠定关键技术基础。

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.珏 发表于 2021-10-1 00:26
　　焦点4：这项人工合成淀粉技术有何意义？
　　中国农业大学食品科学与营养工程学院副教授朱毅称，这 ...

　　焦点5：这项研究何时能走向应用？

　　“现在在实验室，我们有了一点样品，但还没有做应用。”论文通讯作者、中国科学院天津工业生物技术研究所所长马延和在接受媒体采访时表示。

　　中国科学院副院长、中国科学院院士周琪称，该成果目前尚处于实验室阶段，离实际应用还有相当长的距离，后续还需要尽快实现从“0到1”的概念突破到“1到10”和“10到100”的转换。

　　新京报记者 张璐

毋问我从哪里来

无刺鱼有望成现实！华中农大团队找到控制鱼刺基因

2021年12月24日 00:29 央视网

　　原标题：无刺鱼有望成现实！华中农大团队找到控制鱼刺基因

　　无刺鱼将有望走上餐桌，华中农业大学水产学院高泽霞教授团队找到了控制鱼刺的基因。

　　2012年开始，高泽霞教授便致力于无刺鱼的研究。2019年年底，团队从斑马鱼身上发现了对调控鱼刺生长起主要作用的主效基因。目前，高泽霞团队和中科院水生所桂建芳院士团队已经分别在鳊鱼、草鱼和银鲫身上试验了敲除调控鱼刺生长的主效基因。获得的第一代杂合体（F0代）的少刺鱼生长良好，形态正常，习性和普通有刺鱼没有差异目前，研究还在进一步深入中。随着研究的进行，无刺鱼有望在将来走上人们的餐桌。

　　（总台记者 许伟）

毋问我从哪里来

毋问我从哪里来 发表于 2021-12-25 19:08
无刺鱼有望成现实！华中农大团队找到控制鱼刺基因

2021年12月24日 00:29 央视网

　　另据人民日报消息：近日，华中农业大学水产学院高泽霞教授团队找到了控制鱼刺基因，#吃鱼不挑刺有望成为现实#。该团队和中科院水生所桂建芳院士团队已经分别在鳊鱼、草鱼和银鲫身上试验了敲除调控鱼刺生长的主效基因，获得的第一代杂合体（F0代）的少刺鱼生长良好，形态正常，习性和普通有刺鱼没有差异。

                               
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毋问我从哪里来 发表于 2021-12-25 19:08
　　另据人民日报消息：近日，华中农业大学水产学院高泽霞教授团队找到了控制鱼刺基因，#吃鱼不挑刺有望 ...

                               
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毋问我从哪里来 发表于 2021-12-25 19:08

                               
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毋问我从哪里来 发表于 2021-12-25 19:08

                               
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毋问我从哪里来 发表于 2021-12-25 19:09

                               
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驻在平安夜前夕

珠海长隆成功繁育濒危物种豹纹鲨

来源:中国新闻网　　编辑： 正龙　发表时间：2021-07-14 09:27

                               
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7月13日，广东省珠海市，生活在长隆海洋王国内的豹纹鲨宝宝。新生的三尾豹纹鲨是长隆海洋王国第二次成功繁育豹纹鲨，其中两尾为雌性、一尾为雄性。2015年，豹纹鲨被列入《世界自然保护联盟濒危物种红色名录》，评定为濒危物种。 中新社记者 陈骥旻 摄

驻在平安夜前夕

驻在平安夜前夕 发表于 2021-12-30 23:24
珠海长隆成功繁育濒危物种豹纹鲨

来源:中国新闻网　　编辑： 正龙　发表时间：2021-07-14 09:27[/backco ...

                               
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7月13日，广东省珠海市，生活在长隆海洋王国内的豹纹鲨宝宝。新生的三尾豹纹鲨是长隆海洋王国第二次成功繁育豹纹鲨，其中两尾为雌性、一尾为雄性。2015年，豹纹鲨被列入《世界自然保护联盟濒危物种红色名录》，评定为濒危物种。 中新社记者 陈骥旻 摄