合成粮食？是不是听起来十分玄幻，只知道想吃粮食要靠种地，难不成以后粮食可以在实验室里、在工厂车间里人工合成了？近日中科院天津工业生物技术研究所主导完成了人工合成淀粉重大科技突破——在国际上首次在实验室实现二氧化碳到淀粉的从头合成，获得了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，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。
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
随之而来的有褒扬，当然也有担忧。乐观的人认为：这一做法可以摆脱粮食危机，又可以减少二氧化碳排放。粮食生产不再靠天吃饭，农业实现工业化，甚至下一步可以合成粮食，火星生存就可行了。而悲观的人则认为：这种消息是不是放卫星，合成过程中会不会有化学物质不能去除，合成的淀粉是不是只能用于工业生产不能食用，如果能食用会不会越来越没有口感，不再需要种地获得粮食会不会导致农民、农药化肥种子等农资产业链上的人失业，更有人给出了难度关系式：从发论文到实验室出成品难度增加10倍，从实验室到工业化量产再增加10倍，而再到高品质大规模工业化量产还要再高10倍！
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
且不论合成粮食到底行不行，好不好，能走多远，我们单看看国内外同行为什么给出从0到1原创性突破的高度评价。我们都知道粮食中含有各种淀粉，比如玉米淀粉、马铃薯淀粉、小麦淀粉等等，在自然条件下它们是怎么生成的呢？就是光合作用。
绿色植物的光合作用对人类来说十分重要，光合作用形成了食物链中最重要也是最基础的一环，把无机物变成了人类需要的有机物，提供地球上几十亿人口吃穿用住的需要，比如大量的食物（淀粉）、纤维以及各种各样的化学物质。同时消耗二氧化碳，产生氧气，供人类和动物呼吸，实现大自然的平衡。
不过大家不要被下面的光合作用化学方程式吓住，其实很简单，就是粮食作物（植物）相当于一个小实验室，通过体内的叶绿素把自然界中的水分、二氧化碳，利用白天太阳光提供的能量，转化成含有6个碳原子的葡萄糖，同时释放出氧气。而形成的葡萄糖几乎立刻就变成了淀粉，植物通常以淀粉的形式存储食物。
光合作用化学反应方程式
而葡萄糖变淀粉的密码早已被人类打开，我们早就能在实验室里用葡萄糖人工合成淀粉，这不是什么秘密，也没有什么困难。由此产生了两个方向，一部分生物学家对人工模拟光合作用期望特别大，但是@工程师天张只听说过有日本科学家利用非太阳光实现的光合作用，并没有其他太多的进展；而另一部分化学家则考虑的是如何脱离脱离植物实验室和光合作用，这个技术路线很困难，不靠植物而靠人工，把含有1个碳原子的二氧化碳直接转化成含6个碳原子的葡萄糖，这个才是人类挑战的极限。很多人觉得这不是天方夜谭吗。如今这个挑战被中国人在实验室实现了。
葡萄糖生成的直链淀粉构型
中国人上个世纪60年代世界首次完成了人工合成结晶牛胰岛素，在新世纪中国科学家又在从源头的二氧化碳人工合成淀粉领域取得了颠覆性、原创性的突破，而突破的技术核心在于前半段——把二氧化碳变成葡萄糖。这一步他们足足用了6年时间。而技术途径类似于搭积木，说起来比较简单，就是用氢（H）还原二氧化碳（CO2），生成含有一个碳的化合物，再通过聚合反应把三个碳一化合物聚在一起，形成含三个碳的化合物，用不科学的说法就是形成了半个葡萄糖，然后再把两个半拉的葡萄糖拉郎配，拼在一起，就变成了葡萄糖，只有由葡萄糖变淀粉就顺理成章了。
中科院天津工业生物技术研究所人工合成淀粉技术路线示意图
当然，为什么不是3个C2形成一个葡萄糖，或者直接6个C1形成一个葡萄糖，不在今天我们探讨的范围之内，这个技术路线自然有科研人员的道理。中国研发团队给出了一些数据，在这里跟大家共享一下：最常见的自然光合作用需要60余步反应才能生成淀粉，最后的能量转化效率理论上只有2%左右，而咱们的人工合成方法只需要11步；咱们的1立方米容积生物反应器淀粉年理论产量就抵得上5亩地玉米的产量；会节约超过90%的耕地、淡水资源，同时降低了农药化肥等环境负面影响。
且不论这种实验室产品离最终的高质量工业化产品还有多远，单是探索精神和蕴含的科技价值就足以让世界震惊了，真心祝愿他们走得更远，为中国、为世界、为人类创造更多更有价值的成果出来。
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