事業(yè)單位公共基礎(chǔ)知識(shí)之科技知識(shí)：從二氧化碳到淀粉的蛻變
2021年9月24日在國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》發(fā)表了一個(gè)極具影響性的重大技術(shù)成果——人工合成淀粉。這一技術(shù)源于中國科學(xué)家歷時(shí)6年多科研攻關(guān)，僅需11步在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)二氧化碳到淀粉的從頭合成。
1.重要意義
淀粉，屬于一種白色無臭無味粒狀或粉狀的復(fù)雜多碳化合物，是小麥、玉米、大米等谷物糧食中最主要的成分，也是重要的工業(yè)原料。目前，人類主要通過農(nóng)業(yè)種植來生產(chǎn)這種復(fù)雜多碳化合物。我國為了守護(hù)人民必要生命來源，在政策上嚴(yán)守耕地保護(hù)紅線，在技術(shù)發(fā)展上，從轉(zhuǎn)基因新品種培育到基因編輯技術(shù)育種，以此保證國家糧食安全。
二氧化碳合成淀粉、不依賴植物種植進(jìn)行淀粉制造，這對(duì)于生物合成生物制造的領(lǐng)域是里程碑式的突破。我國乃至世界對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、對(duì)工業(yè)的生物制造實(shí)際上提供了一個(gè)新的途徑，具有非常重大的推進(jìn)意義。在未來將會(huì)節(jié)約90%以上的耕地和淡水資源，避免農(nóng)藥、化肥等對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響，推動(dòng)形成可持續(xù)的生物基社會(huì)，提高人類糧食安全水平，也為推進(jìn)“碳達(dá)峰”和“碳中和”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的技術(shù)路線提供一種新思路。
2.合成過程
目前，淀粉主要由玉米等農(nóng)作物通過自然光合作用固定二氧化碳生產(chǎn)，合成與積累涉及約60步代謝反應(yīng)以及復(fù)雜的生理調(diào)控，理論能量轉(zhuǎn)化效率僅為2%左右。農(nóng)作物種植通常需較長周期，并使用大量土地、淡水等資源和肥料、農(nóng)藥等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料。
中國科學(xué)院天津工生所研究團(tuán)隊(duì)，采用一種類似“搭積木”的方式，從頭設(shè)計(jì)出11步主反應(yīng)的非自然二氧化碳固定與人工合成淀粉新途徑，利用化學(xué)催化劑將高濃度二氧化碳在高密度氫能作用下還原成碳一(C1)化合物，再將碳一化合物聚合成碳三(C3)化合物，最后通過生物途徑優(yōu)化，將碳三化合物又聚合成碳六(C6)化合物，再進(jìn)一步合成直鏈和支鏈淀粉(Cn化合物)。這一人工途徑的淀粉合成速率是玉米淀粉合成速率的8.5倍，向設(shè)計(jì)自然、超越自然目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)邁進(jìn)了一大步，并且通過核磁共振等檢測發(fā)現(xiàn)，人工合成淀粉分子與天然淀粉分子的結(jié)構(gòu)組成一致。
試題演練：
1.(單選)我國人工合成二氧化碳需要( )步
A.11 B.15 C.17 D.21
【答案】A。【解析】我國二氧化碳到淀粉合成只有11步反應(yīng)。故本題答案為A。
