我国科学家突破二氧化碳人工合成淀粉技术，这一突破对当下及未来会产生哪些影响？

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知乎用户 中国科普博览​ 发表

成果团队来啦！

非常荣幸邀请到了研究团队，中国科学院天津工业生物技术研究所的孙红兵、蔡韬、王钦宏三位老师，来给大家讲讲整个研究的情况。

大家都在转发的这张图里就是可爱的蔡老师~~

正文开始前，先把大家关心的几个问题说一下（问答的内容是编辑根据个人理解和与团队交流写的，未经科学家审核。正文由科学家撰写并审核。）

1. 以后都不用种地了吗？

不是的。首先，目前的研究成果还处于实验室阶段，其次，后期考虑先替代工业淀粉。

2. 这项研究厉害在哪儿？

自然界的淀粉合成需要 60 多步复杂的反应和精细的调控，目前，这条人工合成路径只需要 11 步！能让我们未来能够像工业发酵生产啤酒一样生产淀粉。

这是一项中国科学家做出的原创性重大突破，由中科院天津工业生物所科研团队联合大连化学物理研究所完成。

这里需要特别注意的是，科学家们并不是将 60 多步删删减减，就得到 11 步，而是重新设计出了一条路。

他们首先从很多种生物的生物化学反应中，计算出了一条极简路径，但是这个路径是计算出来的，实际操作中各个步骤之间不太兼容，比如所需要的反应条件不太一样。科学家们又通过模块化思维，选择不同的反应过程，才摸索出了这条 11 步的反应路径。

然后，科学家们又通过蛋白质生物工程改造手段和反应时空分离，提高反应效率和速度。

就是现在大家看到的这个人工合成方法啦！

3. 和天然合成的淀粉相比，味道如何？

这…… 也不舍得品尝啊！！

不过，现在的方法已经可以实现直链淀粉和支链淀粉的可控合成了！

4. 关于能耗和成本

知友们都非常专业，为大家点赞。

不少人关心能耗问题，目前研究处于实验室阶段，生产全程的能耗还没有准确计算，但是工业化之前这个问题大家一定能得到答案，一步步来。

还有不少人问成本，同样的原因～再次强调，研究目前还处于实验室阶段，别的不说，就说酶，酶有多贵如果不知道的话可以问一下学生物的朋友…… 这也是大规模工业化之前必须解决的问题，一步步来。

5. 接下来还会做什么？

虽然现在的结果非常振奋人心，但是理论上，这一方法的能量利用效率和合成速率比现在的结果更高，科学家们还将继续优化这一过程，冲击更高的反应效率和速度！

正文开始：

淀粉是小麦、玉米、大米等谷物粮食中最主要的成分，也是重要的工业原料。不过目前，人类主要通过农业种植来生产这种复杂的多碳化合物。

如果现在告诉你，我们用一种气体就可以直接合成淀粉，你会不会觉得像魔法？

而这，正是科学家在做的事情。

近期，中国科学院天津工业生物技术研究所在淀粉的人工合成方面取得重大突破性进展，国际上首次实现了二氧化碳到淀粉的从头合成，相关工作于北京时间 2021 年 9 月 24 日发表于国际顶尖杂志《科学》。（论文链接：DOI：10.1126/science.abh4049）

为什么要尝试人工合成淀粉？

粮食安全是国家安全的重要基础，我国一直积极推进农业生物技术进步，从遗传杂交育种到分子设计育种，从转基因新品种培育到基因编辑技术育种，我们一直在追赶着国际科技前沿。

有没有可能 “换道超车”？

其实人工合成淀粉的想法由来已久，即使是替代一部分粮食淀粉作为工业原料、甚至饲料，也是对缓解农业压力的巨大贡献。

合成生物学被认为是影响未来的颠覆性技术。模拟自然作物光合作用，重新设计生命合成代谢过程，设计人工生物系统, 不依赖植物种植进行淀粉制造，潜藏着惊人的变革前景。的确这条路线存在很多的不确定性，科学问题复杂，技术路线不清、瓶颈问题难测，但是，科学研究就需要大胆的实践、勇闯无人区。

国家要求我们，**敢于走前人没走过的路，努力实现关键核心技术自主可控，把创新主动权、发展主动权牢牢掌握在自己手中。**我们科技工作者要有强烈的国家使命感，面向国家重大战略需求，在科技工作中做出重大创新贡献是我们的责任担当。“从二氧化碳到淀粉的人工合成” 工业路径是事关长远和全局的科技战略制高点。

学习植物，利用科学，我们解决了两个问题

从二氧化碳到淀粉，也就是从 C1（碳一化合物）到 Cn（多碳化合物）的过程，并不容易。

自然界中，玉米等农作物中淀粉的合成与积累涉及约 60 步代谢反应以及复杂的生理调控，但是理论能量转化效率仅为 2% 左右。

人工合成淀粉的路，怎么走得又快又好？

首先，我们设计了一条从 C1（一碳化合物）到 Cn（多碳化合物）的新路径。

针对植物只能利用空气中低浓度二氧化碳（0.04%）、低能量密度的太阳能（10 w/m2）、生长周期长（3-4 个月）、天然淀粉合成途径长（大约 60 个步骤）、催化效率低（需要关键酶 RuBisco）等关键问题，科研人员耦合化学催化与生物催化技术，充分发挥化学催化速度快与生物催化可合成复杂化合物的优势，从头设计和构建了从二氧化碳到淀粉合成只有 11 步反应的人工途径 (Artificial Starch Anabolic Pathway, ASAP)，在实验室中首次实现了从二氧化碳到淀粉的全合成。

受天然光合作用的启发，科研人员在太阳能分解水制绿氢的技术上，进一步开发了高效的化学催化剂，把二氧化碳还原成甲醇等更容易溶于水的一碳化合物（也就是 C1），完成了光能——电能——化学能的转化，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（2%），也为后续进一步采用生物催化合成淀粉奠定了理论基础。

第二，我们用 “搭积木” 的思维解决了适配性问题。

人工合成淀粉的最大挑战在于，天然淀粉合成途径是通过数亿年的自然选择进化而成，各个酶都能够很好地适配协作，而人工设计的反应途径却未必如此完美。

为了解决酶的适配问题，基于每个模块终产物的碳原子数量，科研人员采用 “模块化”——“搭积木” 的思路，将整条途径拆分为四个模块，分别命名为 C1（一碳化合物），C3（三碳化合物），C6（六碳化合物）和 Cn（多碳化合物）模块。每个模块的原料和产物都是确定的，但是可以有多种反应过程，科研人员要做的，就是到四个模块最佳的组合方式。

科研人员在解决了热力学不匹配、动力学陷阱等问题后，对各模块进行不断地测试、组装与调整，最终成功创建了 1.0 版途径，实现了人工淀粉的实验室合成，该途径包含了来自动物、植物、微生物等 31 不同物种的 62 个生物酶催化剂。

在此基础上，科研人员**采用蛋白质工程改造手段，对 1.0 版途径中的三个关键限速步骤进行了改造，**解决了途径中的限速酶活性低、辅因子抑制、ATP 竞争等难题，得到 2.0 版途径。

在 2.0 版途径中，生物酶催化剂的用量减少为 1.0 版本用量的 50% 左右，淀粉的产率提高了 13 倍。

进一步地，**与二氧化碳通过化学法还原生成甲醇的反应偶联，构建出包括一个化学反应单元和一个多酶反应单元的 3.0 版本，通过反应时空分离优化，**解决了途径中的底物竞争、产物抑制、中间产物毒性等问题，建立了生化级联反应系统，淀粉的产率又提高了 10 倍，并可实现直链淀粉与支链淀粉的可控合成。

可以说，该人工系统将植物淀粉合成的羧化 - 还原 - 重排 - 聚合以及需要组织细胞间转运的复杂过程简化为还原 - 转化 - 聚合反应过程，目前，根据数据推算，使用人工合成方法，从太阳能到淀粉的能量效率是玉米的 3.5 倍，淀粉合成速率是玉米淀粉合成速率的 8.5 倍。

认识自然，学习自然，超越自然

按照目前的技术参数推算，在能量供给充足的条件下，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年平均产量，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。

工业车间制造淀粉一旦成功，与农业种植相比，将有机会节省超过 90% 的土地和淡水资源，而且可以消除化肥和农药对环境的负面影响，这对提高人类粮食安全水平，促进碳中和的生物经济发展具有十分重大的意义。

可以想象，到时我们所需的淀粉，可以利用空气中的二氧化碳作为原料，通过类似生产啤酒发酵一样的过程，在生产车间中制造出来，这将对未来的农业生产、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，是一项具有 “顶天立地” 重大意义的科研成果，是典型的 “0” 到“1”的原创性突破。

该研究是科研人员从认识自然，到学习自然，再到超越自然的过程。通过学习、研究自然光合作用，使用自然界存在的来源于不同动物、植物、微生物的酶进行理性组合设计，并且耦合化学催化、生物催化的各自优点，创建的一个新型人工淀粉合成途径。

不过，虽然目前设计、创建超越自然的人工生物系统生产淀粉取得了突破性进展，但要真正实现以二氧化碳为原料工业制造淀粉，依然任重而道远。相信在科研人员的不懈努力下，未来的 “淀粉生产工厂” 并不遥远。

出品：科学大院 转载请联系 cas@cnic.cn

特别感谢：中国科学院科学传播局 中国科学院天津工业生物技术研究所

最后，想说说自己的一点感受。（以下内容未经科学家审阅）

淀粉，是人类刻进 DNA 的需要和爱好。

植物掌握了利用阳光将二氧化碳转化成淀粉的方法，找到了太阳下的勃勃生机，人类的祖先则发现了植物种子中蕴藏的能量，开辟了地球上的全新时代。

现在，科学家们创造出了这种淀粉人工合成的方法，又将带来哪些变化？

让我们拭目以待。

知乎用户 李雷​​ 发表

颠覆性科技，“喝西北风” 也许会成为 fashion（哈哈）

[

天方夜谭式的人工合成淀粉到底是什么？

李雷的视频

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](https://www.zhihu.com/zvideo/1425030869526020096)

本文为文章解读，

@中国科普博览

还从另一个角度，邀请该 Science 论文的研究团队做了解读，或许能够解决很多人的一些疑惑，可以移步到这里：

从官方的评价来看：

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

这是我国科学领域的第二次巅峰突破，合成的可是淀粉这种复杂有机物，这也是我们粮食的主要成分！

这篇论文题目是《Cell-free chemoenzymatic starch synthesis from carbon dioxide》

我们从题目中可以看出，这个合成最大的特点是：不使用细胞（cell-free）。因为在自然界中，用细胞是可以从二氧化碳来合成淀粉的，相信你一定知道，这就是著名的光合作用嘛。

但是，光合作用的问题是，必须要有叶绿体的细胞生物才能完成，对于地球上绝大多数生物来说，这就是植物以及部分动物，那要求就非常的多了。

而这次研究的特点就是**：纯工业 / 实验室合成。**

这个研究的路线图如下

简单的说一下，这个实验的做法是：

首先将二氧化碳用无机催化剂还原为甲醇。

然后甲醇被转换成为三碳

接下来是三碳合成六碳

最后，聚合成为淀粉。

和标准天然淀粉对比，其结构基本一致

无论是吸收峰，还是核磁共振信号，都佐证了这种合成和天然淀粉非常接近了。

下图是合成的淀粉实物图。

————有多大的意义————

我们从小往大来说：

1，步骤简单

这次合成只需要了不多的步骤，而与之对比，自然界中生物从二氧化碳合成淀粉，需要大约 60 个生化反应，且需要复杂的生理调节。

而这个人工合成，大概 11 个步骤。

这里需要特别注意的是，科学家们并不是将 60 多步删删减减，就得到 11 步，而是重新设计出了一条路。
他们首先从很多种生物的生物化学反应中，计算出了一条极简路径，但是这个路径是计算出来的，实际操作中各个步骤之间不太兼容，比如所需要的反应条件不太一样。科学家们又通过模块化思维，选择不同的反应过程，才摸索出了这条 11 步的反应路径。

2，速度快，效率高

这次实验室合成的速率是玉米淀粉合成速率的 8.5 倍

In a chemoenzymatic system with spatial and temporal segregation, ASAP, driven by hydrogen, converts CO2to starch at a rate of 22 nanomoles of CO2per minute per milligram of total catalyst, an ~8.5-fold higher rate than starch synthesis in maize.
理论上 1 立方米大小的生物反应器年产淀粉量相当于我国 5 亩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。

此外，根据报道，其效率也高，自然界合成淀粉的效率约为 2%（玉米），而工业合成效率可以达到 10% 以上。

受天然光合作用的启发，科研人员在太阳能分解水制绿氢的技术上，进一步开发了高效的化学催化剂，把二氧化碳还原成甲醇等更容易溶于水的一碳化合物（也就是 C1），完成了光能——电能——化学能的转化，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（2%），也为后续进一步采用生物催化合成淀粉奠定了理论基础。

3，远景

解决农业问题，民以食为天，一直以来，农业问题关乎了人类的生死存亡。而采用这种工业办法，可以解决农业所需的耕地、淡水资源，也能够避免农药和化肥等的使用，改善粮食安全。

我国的耕地面积为 150 多万平方千米, 占国土面积的 16% 左右，也就是说，不到五分之一，剩下五分之四的国土面积都是不能作为耕地的，这也使得我国的粮食问题一直非常严峻。

有了这种技术，高山峡谷，沙漠，冰原，这些地方都可以成为农业产地。

自古以来我国的漕运体系，都是需要非常忙碌的转运粮食等物资，而有了这项技术，北方甚至更北的地方直接可以生产淀粉了，那南北的差距也可以得到很好的缓解。

4，温室问题？全球变暖呢？

全球变暖可以说是这些年来一直困扰全人类的问题

让很多人一直担忧，而造成全球变暖的核心因素在于二氧化碳这种温室气体。

工业生产，汽车排放等等都是导致二氧化碳增多的因素，虽然植物一直在持续固定二氧化碳，但是还是比不上二氧化碳的排放。

但是有了这种技术，那直接把二氧化碳固定下来，这效率比农业和植物快多了，那是不是温室气体问题就可以解决了？

5，更遥远的未来

空间站，甚至走向宇宙都是可以解决的。

过去我们预想中的解决宇宙远行问题，必须携带粮食，要不就是让人类进入冬眠来减少能量消耗。

而即便进入了宇宙深处，只要醒来，那总是需要粮食的。

所以才有了很多外星种田的科幻，比如去火星种土豆的《_火星_救援》。

可是有了人工合成淀粉，那这些问题都可以得到很好的解决，甚至在不毛之地，只要有二氧化碳和相关材料，直接合成淀粉。

比如，火星大气主要是二氧化碳，比例高达 96%，那简直是新的粮仓啊。

而且，二氧化碳本身还是人体代谢的废物，可以直接循环起来。

6，一个问题：能量！

淀粉到二氧化碳，是一个逐步放能的过程。

然后葡萄糖再变成二氧化碳

而这一步相当于逆流而上，必然需要能量。

那么，能量从何而来？

其实，和很多人想象的不同，这个研究的重大意义之一，就在于，他们采用的能量就是太阳能。

这也是本文的另一个合作单位中科院大连化物所的 “液态阳光”。

把太阳能变成液体燃料，科学家们形象地称其为 “液态阳光”。这一技术是有中科院大连化物所的李灿院士主导研究。

当然，这里的能耗肯定要超出这个需求，所以需要额外能源。目前研究很多的新能源，尤其是核能了，希望 50 年能够实现可控核聚变。

最后，我想一定会有人说，这技术离应用还早呢，这是必然的，但是这种重要性，相信谁都看得到。

曾有一个贵妇人质问电的发现者法拉第:“电有什么用呢?” 法拉第巧妙地反问道:“新生婴儿有什么用呢?”

ps：不要轻易觉得自己比 science 聪明哈

论文链接：DOI：10.1126/science.abh4049

出品：科普中国

制作：李雷

监制：中国科学院计算机网络信息中心

知乎用户 极萨学院冷哲​​ 发表

太长不看版本：

人类首次完成二氧化碳到淀粉的转化 再也不用去火星种土豆了

这是一项具有改变人类历史突破的研究进展，人类首次完成了替代植物光合作用获取淀粉的方法。

虽然现在还面临着成本高，工业转化难等等问题，但这是一个从 0 到 1 的突破，这意味着只要我们在这条路上持续的走下去，总有一天，我们会完成工业化批量生产淀粉的事业，我们不再依赖与大量的土地种植，使得我们真正的从农耕文明走向更高的文明阶段。

而且这项研究，还将为人类的太空探索提供重大的助力，再也不用考虑去火星种土豆了，建立一个淀粉生产工厂，就可以代替一个巨大的土豆农场。

我们的征途，必将是星辰与大海。

以下是太长版。

我们国家的科学家们，不声不响的搞了一个大新闻，一个诺奖级别的突破。

今天起床看到合成生物学的圈里都炸锅了。甚至因为官方的宣传，在圈外也炸锅了。

先说下我自己评价，绝对的突破性的进展，但从实验室到工厂还有很长的路要走，所以玉米还得种，而且可能还要种上好多年。

先说说这个技术的突破性，有多大呢？相当于人类用了另一种方法完成了光合作用。

我们人类的能量来源，工业化的可以使用煤炭，石油，电能，光能等等，但是人类自身，使用的能源一直很单一，作为细胞能源的硬通货 ATP，还记得上学时候学的三羧酸循环不？

糖类、脂类、氨基酸，通过这个循环最终实现细胞的供能。来考一考，一个葡萄糖可以生成多少个 ATP?（选项 A38 B32 C30 D36）

而糖分作为最重要的供能体，我们获取的来源基本都是自然界中的植物。植物中糖分的来源，也就是传说中的光合作用。

6CO₂+6H₂O（ 光照、 叶绿体）→C₆H₁₂O₆[(CH₂O)ₙ]+6O2

这是一个中学生物都学过的反应式，但如果仔细探索下其中的过程，你会发现其反应及其复杂，需要几十个步骤。这个复杂程度到，生命科学进展到今天，合成生物学都已经开始合成生命了，而我们刚刚能从二氧化碳合成淀粉。

而这项突破性的技术，我国科学家用了一种更为简单，也是可以有望工业化生产的方法，来人工合成淀粉。上一个让人如此激动的成就还是人工合成蛋白质。当然蛋白质的合成不光是有科学意义，更具有哲学意义。

这项实验，为了模拟光合作用，选择了从光能到电能在到化学能的前置路线，就是用太阳能发电，然后用电能来电解水得到氢气，在通过化学手段把氢气和二氧化碳还原成甲醇。这部分属于化工合成阶段。

从光能到电能，从二氧化碳 + 氢气合成甲醇，在国际上已经有了很多突破性的研究，比如华东师大就在上个月发表的论文，他们找到了一个新的催化剂，大大的提高了二氧化碳 + 氢气转化为甲醇的转化效率。这些化学方面的研究的成果都会对现在这项研究提供助力。

接下来进入了生物酶促反应，实验人员改造了 10 种不同的生物酶，这些酶原本来自于动物，植物或者是其他微生物，最终从 62 种酶中优选出了 10 种并加以改造，然后一步步的把甲醇转化成了淀粉。

同时不得不提的是，实验团队人员用用计算机模拟设计了非常多的合成途径通过模块化的组装和适配完成了最终实验。

这系列操作就是经典的合成生物学领域的操作。这 10 种酶促过程，就是本次突破的精华。也是合成生物学领域中无细胞体系（cell free）的一个重要突破。

从产物来说与植物生成的淀粉无差别。并且这种合成淀粉还是可控的，不管是链长还是结构都可以控制。

这为以后工业化批量生产淀粉提供了一条可以走得通道路。

那么未来还要做那些事情？

第一就是降低成本，目前的这系列反应中，成本最高的还不是大家关注的能源成本，而是酶促反应的酶。不搞生物的同学可能无法理解，一小管酶就大几千，超过等重黄金价格也不是什么稀奇事情。如何降低酶的生产成本，以及提高酶的利用效率是非常重要的研究方向。让一个酶能更长久的使用，比如固化酶或者其他方式。这是生物学家要研究的方向。

其次是降低能源获取的成本。这次实验中为了模拟光合作用，所以是利用的太阳能，那如果改用核能呢？说个极端点的，万一哪天没太阳了呢？

这时候就非常期待可控核聚变了，假设人类不在被工业能源获取所困扰的时候，同步的可能也不在会被自身的生物能源所困扰。这些就要期待物理学和工程学上的突破了。

虽然在研究中从能效转化来看人工途径的淀粉合成速率是玉米淀粉合成速率的 8.5 倍，但目前从成本来看还是不值的，还是种玉米来的划算。

但也并不是所有地方都不值得，有一些极端的高成本地区是可以尝试使用的，大家想想在哪里呢？

太空！我们的征途，是星辰和大海！

我们看火星救援都考虑过种土豆的问题，上次带回来的月壤，第一热搜就是月亮上也没法子种土豆。

种土豆的意义是什么？还是为了获取淀粉。那我们现在只要有能源，有二氧化碳，有水，就能合成淀粉。

别忘了火星上哪个充满了二氧化碳的大气层，以及地下水，能源的话在核能用不起来的时候可以考虑太阳能和风能。

也就是说，这个突破不光能解决地球上的事情，甚至能解决火星上的事情。

下图是我国合成生物学领域的赵国屏院士总结的从 2000 年以来的合成生物学的代表性进展。二氧化碳合成淀粉的这一突破，也绝对能在未来的这张表里占到一个重要位置。

知乎用户 马骏 发表

握艹，我要失业了？

我一个搞农机的，梦想就是让农民伯伯们不用再辛苦地种地，全都整上大机器，结果？

不用种地了？

这一步是淀粉，那膳食纤维，氨基酸蛋白质还远么？

维生素，矿物质还远么？

我没活干了？

*******

说几点正经的

当年合成氨，进而合成硝酸铵、碳酸氢铵的工艺路线，在当时的人们看来，也是无比的复杂，成本无比的高昂，但现在呢？

如今合成淀粉，尽管流程长、成本高，但想低成本的工程落地，可能真的不需要太久。

如果淀粉能大规模量产，对农业的冲击自然是非常大，但也没有想象的那么大；

水果照样吃，蔬菜照样炒，花生瓜子栗子核桃，也是一样也不能少；

但是，玉米小麦土豆等主打淀粉的作物，可能需要调整品种，种植结构；

我们会有近乎无限的饲料去养鱼、养猪、养牛、养羊、养鸡、养鸭……

烧雏鸡、烧花鸭

红烧排骨、糖醋里脊

新疆烤全羊、内蒙小火锅、铁锅炖大鹅……

*************

很多小伙伴关心工厂淀粉的成本问题，觉得在核聚变提供的廉价电力到来之前，工厂淀粉的成本很难降下来，我倒是觉得电费不是问题。

按照淀粉的能量在 15310KJ/kg 来计算，看科普博览的数据效率会超过 10％，所以合成一公斤需要 42 度电。再就是这作为一个产业链并不长的工厂完全可以建在风电，光电充足的地方，还顺便调峰了，这样电的成本可以在 2 毛甚至更低。这样每公斤是 8 块钱，如果电费是 1 毛，那么工厂淀粉的电力成本是每公斤 4 块钱。

但是，技术是不断发展的，目前光伏的效率、电池板寿命还远没到瓶颈，许多年后，光伏发电的成本降到 5 分钱一度甚至更低都有可能。合成淀粉的转化效率再继续发展，稍微提高一点，那从太阳能到淀粉的综合转化效率到 30% 并不是不可能的事情。这样工厂淀粉的电力成本可能就在几毛钱。

反应装置、酶的成本，随着技术的进一步发展，我觉得也是可以降下来的。

再看玉米淀粉，当前玉米淀粉之所以是 3 块钱一公斤，原因有很多。一是当前的关于玉米的一系列补贴，农机补贴，作业补贴，加工补贴等等。工厂淀粉成熟后，这档子补贴是不是还有就不一定了。

二是玉米精加工的其他产物附加值高，淀粉便宜点卖也无所谓，如果以后物产更丰富了，其他产物卖不上价钱了，淀粉可能价格有变化。

所以，等技术真正成熟后，工厂淀粉不见得成本会高太多。

而且工厂淀粉还有着量大，产量稳定，不影响国家粮食稳定供应等一系列优点。

再就是超纯淀粉可能还有其他高价值用途，总比从粮食里提纯来的实在。

差点忘了最重要的，有了工厂淀粉，可以节省出海量的优质耕地，海量的淡水，这些事物又得值多少钱！

知乎用户 赵泠​​ 发表

淀粉由许多葡萄糖单元通过糖苷键连接而成，是粮食的主要成分，是人和畜禽重要的食物能量来源，也是广泛应用的工业原料（造纸、塑料等），目前主要由玉米、小麦、红薯等农作物通过光合作用固定二氧化碳产生。在植物体内，这个过程涉及大约 60 步生化反应、复杂的生理调节，理论上总体能量转换效率在 2% 左右。

题目谈论的事件是，中科院天津工业生物技术研究所的科学家们设计了由来自多种生物的工程重组酶催化、主要包含 11 步化学反应、用二氧化碳和氢气合成淀粉的合成路线。二氧化碳首先被无机催化剂还原为甲醇，然后被酶转化为三碳和六碳糖单元，进而聚合为淀粉。该路线的理论能量效率为 7%，在氢气驱动下，每分钟每毫克催化剂产生的淀粉的量理论上可以达到同样指标下植物理论性能的 8.5 倍（用这个作为指标是胜过大田种植农作物的），值得称赞。

不过，“农作物自行取得太阳光能”与 “人为朝生物反应器供应能量” 是不太一样的，后者能源密集，且涉及现代发电与传输过程的各种成本与损耗。在不考虑能量来源的情况下，一立方米生物反应器的淀粉年产量理论上可以相当于种植 1/3 公顷玉米的淀粉年产量——你看看这个前提好了。

目前，用这项技术生产淀粉的总成本远高于通过农作物生产同样多的淀粉。

你可以称赞我国科学家 “为创建具有自然界前所未有的功能（例如从甲醇合成淀粉）的生物系统提供了新的科学基础”，“如果未来能将总成本降到跟种植农作物相似的话” 就可以谈“节约种植农作物所用的淡水和耕地约 90%，并避免使用农药、化肥等污染环境”，进而在未来帮助改善人类的粮食安全、促进碳中和生物经济和长远来看可持续发展的社会。

如果你喜欢，还可以谈 “二十一世纪毕竟还是可能是生物的世纪的”。

在这里谈 “可控核聚变” 是不适当的。输出小于输入的可控核聚变早已实现，那不能用来供应能量。输出大于输入的可控核聚变即使能实现，在近未来不考虑技术奇点的情况下其电价将是非常高的，很难与太阳能、风能、水能之类竞争。这是在说，即使没有可控核聚变，人工制造糖类的技术的有效性也不会有任何减损。

利用人工收集的太阳光能将二氧化碳固定为有机物实际上属于 “人工光合作用”。寻找效率更高的合成路径或更适合的产物，将效率推到人工光合作用商业化所需的 20% 以上，也是可行的思路。你不一定要关注淀粉，合成到葡萄糖（作为食物）或乙醇（作为燃料）为止试试看。

此类反应所需的氢气可以由太阳光分解水（直接分解和转换为电能再电解都可以）来提供。

• 中科院大连化学物理所的研究人员通过精确调控钒酸铋光催化剂氧化和还原反应晶面的暴露比例，使光催化水氧化反应性能得到优化，在 Fe3+/Fe2+ 离子对作为储能介质的条件下，从太阳能到氢能的转化效率超过 1.8%；该反应的理论最高效率可达 15% 以上。

知乎用户 龙牙 发表

“邪恶集权帝国的疯狂科学家搞出了一丁点可怜的淀粉。”

“异教徒的国家在毫无意义的领域取得了一些进步。”

“中国试图直接用能量把常见物质合成为食物。”

“东方文明古国在引导人类未来方向这方面是有可取之处的。”

“伟大的社会主义祖国用崭新的革命性技术喂养着全世界！”

知乎用户 Collins Chang 发表

早上听新闻的时候截的图。老理科生 DNA 动了于是翻出我落了灰人教版高中生物必修一。

试问有哪个理科生看到这个图不是 DNA 一动

说回正经的，学过这本书的同学都知道邹承鲁院士与人工合成牛胰岛素。这是世界上第一个人工合成的蛋白质，是由我国科学家完成的。这段访谈中有一句话：

我已非生化专业相关人员，但是这条新闻能让我这种人都有所思考，我想这或许也能说明人工合成淀粉有多大的意义。

顺带一提，恭喜明年需要考生物的同学们。新的考点已经出现，怎么能够停滞不前！

知乎用户 现实主义理想者 发表

这项技术对全人类的意义之重大，长期看简直难以估量。

不少科幻小说对未来农业的想象，都是可控核聚变（或其他方式无限获得能源）提供人工光照，建设立体农场。

比如著名的三体中，曾有这样的段落：

那合成粮食呢，他们不是可以合成粮食吗？罗辑又问。
这我不是太清楚，但现在的粮食也是种子长出来的，只不过是在工厂的什么培养槽里生长的。
庄稼都基因改造过，据说那麦子只长穗没有秸秆，而且长得贼快，因为那里面有很强的人造阳光，还有催长的强辐射什么的，麦子稻谷一星期就能收一季，从外面看就像生产线上产出来的一样。
哦…… 罗辑长长地沉吟一声，他眼前许多绚烂的肥皂泡破裂了，现实露出了真面目。
他现在知道，就在这个伟大的新时代，智子仍然无处不在地飘荡着，人类的科学仍被锁死着，现有的技术，都不可能越过智子划定的那条线。

可见，即使在硬核科幻小说中，我们都难以想象人工合成淀粉，人类粮食供给彻底摆脱对植物的依赖。

现在中国科学家完成了人工合成淀粉的技术突破，某种程度上甚至可以说人类迈过了智子划定的界限。

当然不可否认的是，实验室合成成功更多是证明原理可行，为全人类探索新道路。

大规模工业化生产，必然还有很长的距离。

不仅仅是能源成本，合成过程中所用的酶也是一大消耗。

很多答主畅想的用人工合成淀粉站解决光伏、风电的储能问题，甚至用新能源固碳减轻温室效应，个人觉得至少短期内不太现实。

储能电站不仅需要高峰时蓄电，低谷期还需要供电，一来一去的损耗必须考虑在内。

即使不谈论人工合成淀粉的成本，淀粉再转化成电能也很费劲。

现有的抽水蓄能电站，蓄水储能 / 放水功能的转换损耗明显小很多。

如果单纯建设新能源固碳站，需要成本压到相当低的层次，短期内恐怕很难。

但人工合成淀粉技术进一步成熟后，在航天领域很可能有用武之地。

航天领域对成本相对不太敏感，火星上更是到处都是二氧化碳。

即使有可复用火箭降低成本，但地火运输消耗仍然很大，载荷能少则少。

希望未来我们在火星上建设的地面站，能通过这项技术解决部分粮食供应问题。

另外，我发现一个很奇怪的现象：

某些人在论证中国缺乏创新精神时，动不动就说中国人看重实用，不愿意搞看似没用的基础科学，不愿意在前人未曾尝试的领域开拓创新；

而中国人实现人工合成淀粉等技术突破时，又反过来质疑技术的实用性和商业前景；

这岂非滑天下之大稽？

之前回答中，我曾反驳过 “种族文化决定论” 的观点，指出产业层次才是根本问题：

至于上升到国民素质、种族结构、国家文化等等，更是荒唐无稽。
德国工业起步时，英国不是还特意立法规定德国产品必须注明 “Made in Germany”，试图羞辱对方么？
美国工业起步时，不是用尽包括盗窃才内的一切办法从英法获得技术么？
日本韩国工业起步时，被嘲笑被指责抄袭山寨的事还少么？
大家都是人，不同国家固然有文化差异，但没有本质上的区别。
说到底，重点是产业层次和人才梯队的问题。
中国乃至所有后发工业国在追赶时期，很多时候没必要走新路，给人的印象自然就是缺乏创新。
反过来，工业革命之后资本主义席卷全球，科学技术研发耗费越来越高。
新兴科学技术诞生，越来越依赖于高度发达的经济、庞大成熟的市场以及完善的教育人才梯队。
这个世界并不缺少有想法和有创意的人，但能否实现工程落地，能否取得商业成功，就是另外一回事了。
现而今，新技术新产品高度集中于全球少数工业化先发国家，难道其他数百个国家和民族都没有天才没有创新？
套用在航天领域也是如此，明代万户陶成道绑着 47 枚火箭试图飞天最终牺牲，能说中国人没有开拓创新探索航天的梦么？
U 盘是中国公司发明的，难道其他用 U 盘的国家都没创造力么？
中国的高铁、移动支付都比美国发达，能说美国人不需要高铁不需要移动支付么？
Space X 出现在美国，当然有马斯克个人的创造力和管理能力，也有赖于 Space X 工程师的努力。
但马斯克能在诞生的母国南非搞出火箭么？
美国航天长期积累的技术和人才，以及美国庞大的资本市场和便利的投融资渠道，这些才是 Space X 壮大的根本土壤。
我们的确要认清差距，努力追赶，避免盲目沸腾。
但动辄上升到国家甚至民族文化，又何尝不是 “反向沸腾”？
说难听点，如果制度真的能决定一切，那美国人何必如临大敌，跟中国打贸易战科技战？
如果民族文化真的能决定一切，那某些人又讽刺失望什么劲？不是已经注定了么？
这些喷的难道不是中国人，难道他们能把皮肤和人格都换了不成？

随着中国经济逐步发展和产业升级的步步推进，未来中国的科技创新成果也会逐步涌现。

希望中国科学家在开拓的人工合成淀粉技术，能启发后来者一步步优化改进，最终使得技术走入千家万户。

知乎用户 竹青​ 发表

开启未来世界的关键钥匙共有两把：无限的能源，以及无限的食物。

现在看来人类已经掌握了一把，还差另一把。

如果两者同时具备，人类就可以不依赖于光合作用这种缓慢的合成方式，不受气候地理限制，直接在世界各地的工厂里高效率的生产食物、酒精、动物饲料、工业原材料等生活必需品，且不需要依赖长途输送。

与此同时，绝大部分的耕地都可以用来退耕还林，还原生态，改善环境。

由此可以很直观的得出一个结论，为了争夺生存空间而发动的战争也会彻底消失了，人类大同指日可待。

可以说，从人类文明诞生的那一刻起，人类就在期望着这样的世界到来。

当然，也不必对于寻找剩下那把钥匙过于悲观。

以目前人类的科技水准，即使是裂变堆的潜力也还远远没有发掘完，就算可预见的未来不能通过聚变堆获取无限能源，如果能用更多新型裂变堆发电厂取代现有的火力发电厂，人类的能源供应也可以达到一个远远高于现在的水准。

如果这个人工合成淀粉的技术能够得到进一步的改良，能源利用率再提高一些，那么配合未来大量普及的四、五代堆电厂，未尝不能在一定程度上改善粮食、燃料等方面的供应，从而缓解环境压力。

当然，最关键的还是要看我们的科学家们能否在可控核聚变发电领域取得进一步的进展了。

@鱼昆

所有的赞誉归于科学家，愿他们得到更多的皮卡牛排大豪斯。

PS：这技术难道不该给个炸药和平奖么？

知乎用户 江睿谨​ 发表

真的，牛 X 大了。

我大概看了一下

太阳能—光伏发电—电解制氢

二氧化碳 + 光伏制氢 + 催化剂——甲醇

甲醇——合成淀粉

我们本质上来说，一些能源都是来自于太阳供给，光合作用产生的淀粉也是把太阳能固化的结果。

那这个思路，就是用光伏发电将太阳能转化成电能，然后电解水制氢储能。

然后用氢气 + 催化剂还原二氧化碳生成甲醇，也就是把能量固化在二氧化碳中。

最后甲醇合成淀粉，简直秒啊。

淀粉水解变成葡萄糖，葡萄糖在人体最终代谢产物本来就是水 + 二氧化碳。

妙啊，真的秒极了。

除了能量损耗，别的没有变化。

我们是不是可以想象，工业化人工合成淀粉的时代是不是已经快要到来？

真的能工业化，意味着，再也没也有人会饿肚子了。

简直牛 X

知乎用户 光明日报​ 发表

[

人工合成淀粉有何重大意义

光明日报的视频

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](https://www.zhihu.com/zvideo/1424707167026446336)

【重大突破！我科学家首次实现二氧化碳到淀粉的人工合成】淀粉是人类最基本和最重要的食物，也是重要的工业原料。传统淀粉的生产主要靠玉米等农作物通过光合作用，将二氧化碳等无机化合物合成为淀粉，需要漫长的生长周期，对土地、水、肥料、日照等资源都有要求，能量的转化率也不高。

中国科学院天津工业生物技术研究所和中国科学院大连化学物理研究所的科学家们合作，探索出一条 “无中生有” 的技术路线，在国际上首次实现了二氧化碳到淀粉分子的全合成。相关工作 9 月 24 日发表于国际学术期刊《科学》上。

多位中外专家评论认为，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，将是影响世界的重大颠覆性技术。这更让人们看到一种可能——农业可以由种植模式向工业车间生产模式转变，人类向设计自然、超越自然目标的实现迈进了一大步，为创建新功能的生物系统提供了新的科学基础。

目前，这一成果尚处于实验室阶段，离实际应用还有相当长的距离。据介绍，科研人员正在针对工业化的问题进行攻关，比如解决酶的稳定性、活力、成本等问题，探索多条技术路线等，预计未来 5 到 10 年能够建立起工业化示范装置。（光明日报全媒体记者齐芳）

知乎用户 月球人​​ 发表

大家都从科学的角度分析了这个成果的重大意义，我就从碳中和的角度讲一讲。这个技术从实验室走向大规模商业化应该还要很长的时间，短期内对降碳没有多大作用。但是从长期而言，一旦效率提高，对整个降碳工作还是有很重要的推动作用，仅仅从能不能吃这个角度考虑考虑还是浅了。

首先泼一下冷水，从食物的角度而言，这项技术对降碳作用不大。食物本身就是从大气中吸取二氧化碳转化为淀粉，被人和动物消化后又变回二氧化碳和甲烷排出去，是一个自然循环的过程。这项技术只是改变了中间的过程，一头一尾的输入输出是一样的，理想情况下最多只是降低了农业生产使用化肥的排放，降低的排放最多是 3 亿吨，占我国排放不到 3%。

但从能源的角度理解，这项技术有望成为新型能源体系的一个解决方案。虽然目前看来都是一些科幻级别的设想，但没准哪一天就成真了呢。

一是可能成为一种新的储能方式。生物质电厂已经是一个相对成熟的技术，烧秸秆、生活垃圾、农产品废弃物来发电是绿色可持续电力供应的重要组成部分。现在这项技术如果成熟，可以在可再生发电峰值用一些可再生能源生产淀粉，变成零碳燃料，在可再生发电到谷底再燃烧这些淀粉进行补充，起到削峰填谷的作用。如果一些边缘地区可再生能源难以接入电网，也可以考虑这种方式进行传输。这个关键在于用绿色电力生产淀粉的效率（能源转换效率和土地利用效率）和传统生物质相比能不能更加高效。

二是有可能变成零排放汽车 / 飞机燃料。虽然说汽车电动化是大势所趋，但是在重卡、长途载重运输方面仍然缺少经济的电动解决方案。飞机就更不用说了，生物航油能降低 50%~60% 的碳排放，但数量有限，成本是常规航油的 2 倍以上，电动飞机就更不靠谱。如果这项技术能够以可接受的成本，完成（绿色电力支持的）二氧化碳——淀粉——生物燃油的转化，那有可能大大降低交通行业碳中和的成本，提供电动化、氢燃料以外的又一个选项。

当然，实现以上两个科幻级别项目的前提是，我们有廉价、充足的可再生能源来支持二氧化碳人工合成淀粉。能源供给和合成过程都要非常高效才有可能实现，这个路径如果能够在二三十年实现就非常乐观了。不过正如我之前所说的，科技的进步往往超出我们的想象，说不定真的能成呢？毕竟没有了煤电，我们真的需要全新的能源系统啊。

知乎用户 徐朝​ 发表

恭喜兔子，几千年到处种菜的历史，终于成功点亮了终极天赋。

月球在等着我们

火星在等着我们

星辰大海在等着我们

知乎用户 经济日报新闻客户端​ 发表

设想一下，不需要种地，也不需要绿色植物，以太阳光、水和二氧化碳为原料，在工厂里就可以像植物一样生产出源源不断的淀粉。是不是很神奇？而今，这看似遥不可及的一幕，在不久的将来，有望从梦想照进现实。

近期，中科院天津工业生物技术研究所与中科院大连化学物理研究所等院内外研究团队联合攻关，创制了一条利用二氧化碳和电能合成淀粉的人工路线——ASAP 路线，在实验室首次实现了从二氧化碳到淀粉的从头全合成，也使淀粉生产从传统农业种植模式向工业车间生产模式转变成为可能。相关科学研究成果的论文 24 日在线发表于国际学术期刊《科学》

“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，将是影响世界的的重大颠覆性技术。” 专家表示。

“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，科技创新已成为重塑全球格局、创造人类美好未来的关键因素。” 在中科院副院长周琪看来，二氧化碳的转化利用与人工合成淀粉，正是应对挑战的重大科技问题之一。

植物光合作用的瓶颈

中国人民偏重碳水饮食，清代美食家袁枚曾在《随园食单》中这样写到，“粥饭本也，余菜末也”，足见国人对碳水的宠爱。这里所说的碳水即碳水化合物，由碳、氢、氧组成，是人类生存必不可少的元素。而淀粉就是 “粥饭” 中最主要的碳水化合物，它是面粉、大米、玉米等粮食的主要成分，占全球热量摄入的 80% 以上，是养活全球人口最重要的食物原料，同时也是重要的工业原料。

多少年来，农作物通过光合作用，将水、二氧化碳等无机化合物合成可作为动物饲料和人类食物的糖类乃至淀粉等碳水化合物，是地球上最重要的生物化学反应过程。但这是效率最高的淀粉生产方式吗？

根据论文通讯作者、天津工业生物所所长马延和提供的数据，在玉米等农作物中，将二氧化碳转变为淀粉，涉及约 60 步代谢反应以及复杂的生理调控，太阳能的利用效率不足 2%。

“植物经过亿万年进化，适应了自然环境，其固有属性制约了淀粉高效合成。” 马延和称。

有没有一种办法能够摆脱植物来合成淀粉？自合成生物学诞生以来，人们就开始尝试人工构建非自然途径，实现二氧化碳到淀粉的转化，以突破植物媒介光合作用的瓶颈。

天津工业生物所自 2015 年起，即聚焦人工合成淀粉与二氧化碳生物转化利用，开展需求导向的科技攻关。

构筑新的人工光合途径

“从能量角度看，光合作用的本质是将太阳光能转化为储藏在淀粉中的化学能。” 马延和解释。

可如何更高效的将光能转变为化学能？模拟和借鉴自然过程，构筑新的人工光合途径，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。于是，科研人员又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一条仅包含 10 步主反应的甲醇到淀粉的人工路线 ASAP。

为将设计蓝图变为现实，科研人员还挖掘与改造了来自动物、植物、微生物等 31 个不同物种的 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，最终合成了直链和支链淀粉。

“这个合成过程涉及二氧化碳和氢气的使用，该研究成果为我们未来通过工业生物制造生产淀粉这种全球性重要物质提供了新的技术路线。”《科学》杂志新闻部执行主任梅根 · 菲兰如是评价。

实际应用还有相当长距离

“这是‘道法自然’，实现人工光合作用合成淀粉的一种过程。” 马延和说，从科学突破角度看，这一人工途径的淀粉合成，向设计自然、超越自然目标的实现迈进了一大步，为创建新功能的生物系统提供了新的科学基础。

从技术创新角度看，通过发展高效的人工催化剂和生物酶，研究团队从 6568 个生化反应中设计形成固碳与人工合成淀粉新途径。按照 20% 的光电转化效率计算，这条化学、生物杂合的人工合成淀粉新系统，理论能量转化效率可达 7%，其淀粉合成速率比自然光合作用提高了 3.5 倍。

具体来说，这意味着什么？论文第一作者、天津工业生物所副研究员蔡韬解释，按照目前技术参数推算，在能量供给充足的条件下，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（按我国玉米淀粉平均亩产量计算）。“这一成果为从二氧化碳到淀粉生产的工业车间制造打开了一扇窗。”

在江南大学原校长、中国工程院院士陈坚看来，食品生产大约占据了全球 40% 的耕地，产生了 25% 的温室气体，作为最主要的粮食成分之一，淀粉的可持续供应是人类未来面临的重要挑战。这项研究成果将化学与生物的方法相结合，采用蛋白质工程和合成生物学等一系列新技术，从二氧化碳直接合成淀粉，完全颠覆了传统的淀粉生产方式。这项研究工作是典型的从 “0” 到“1”的原创性成果，它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。

马延和表示，如果未来该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，将有可能会节约 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，提高人类粮食安全水平，促进碳中和的生物经济发展，推动形成可持续的生物基社会。

不过，他同时强调，目前该成果尚处于实验室阶段，离实际应用还有相当长的距离，且面临着诸多挑战。

“后续，研究团队还需要尽快实现从 0 到 1 的概念突破到 1 到 10 和 10 到 100 的转换，最终真正成为解决人类发展面临重大问题和需求的有效手段和工具。” 周琪表示，中科院将集成相关科技力量，一如既往地支持该项研究深入推进。

知乎用户 草药酱 发表

如果真能实现工业化，那么和风电等清洁能源简直绝配，在用电低谷时期发出来的电，直接合成淀粉储存起来，不仅能确保粮食安全，还能消耗二氧化碳，降低温室效应。

我说怎么国家对碳中和信心这么足，原来大杀器在这呢。

——————————

另外科普一个热知识: 火星大气中 95% 都是二氧化碳。

更新: 金星大气二氧化碳 96%

知乎用户 安好心​ 发表

中国有科技有突破了是吧？好办。

花点钱，造点谣，把搞出来的淀粉污名化。

哪怕和自然淀粉 100% 完全一样，媒体魔术师都能给你变出个致癌物来。

用于工业？

转基因用于工业能源的多了去了，被放过了吗？

谁理你。听起来能不能吃，能吃就造谣，造完你就是劳民伤财。

国内造谣，让你无法消化产出。

“**** 淀粉致癌”

往老年朋友圈一发，你们这些网上叱咤风云的科普大 V 们别管在外面说服多少人，回到家一样会用平时最不屑用的粗俗语言掰开揉碎的讲。就这还不一定讲明白。

全世界造谣，让你无法出口。

把他们曾经做的事作为模板，往上一套。生化种族灭绝套餐走起。看是我造谣更花钱，还是你辟谣更花钱。你辟谣成功了，腿也累断了。我们再用模板造下一个，连想象力都不需要。

最后再春秋笔法，说国外有更好的，说你沸腾了，说看不见实效劳民伤财了。再夹叙夹议得抱怨点肉价房价。嚯，好好的讨论又变成赢来赢去的局面了。

搞不好以后这淀粉叫做战狼淀粉

不为别的，就为拖延你商业化的进度。这项研究最终商业化越慢，越能撬动舆论。

什么？真金不怕火炼？科学迟早会赢？

对啊，没错啊。

问题是谁要炼你了？谁会在你身上废柴？

那些即将到来的谣言，是毫无成本的。

而你累死累活要探索人类文明边疆的。你是伟大了，但我投得少回报高呀。

希望那些爱讲固碳的大 V 这时别选择性不站出来。你有权不做任何事，但无权得到无条件的信任。

知乎用户 幻想乡的洛克马戏​ 发表

这意味着，人类第一次有可能在在远离传统粮食产区和海上交通枢纽的地区建立工业城市。

是的，我看到这个问题的第一时间，就想起了我的家乡，青海，

青海的草原和戈壁滩上，有着丰富的太阳能，虽然不能说取之不尽用之不竭，但是大量供应城市是绝对没问题的，唯一的问题，那就是运输成本。

但是，如果这一技术能够成熟工业化，就算耗能下降不了多少，这也意味着，我家乡的千里戈壁，将会成为千里工业田，在这里，源源不断的太阳能可以将二氧化碳有效的转化为淀粉，然后供给给当地的饲料厂，加工出的饲料又可以就近喂养牛羊。

而有了食物的供给就意味着大量的人口可以定居，也就意味着，我们可以开采那些原本因为定居成本高昂而无法开采的矿产，甚至于———

中国的城市建设将不再受制于农业环境影响，中国的工业发展也不在受制于农业环境的影响…

基于青藏高原丰富的矿产，我可以预见，有朝一日，在高原上，一个巨大的纯工业都市将会建立，而高原人也不在会依赖国家庞大的财政转移过日子的同时，还能吃上更加便宜的牛羊肉。

但愿有朝一日，我的家乡，将会变成千里沃土。（本土主义者狂喜）

知乎用户 法式滚筒 YEboss​ 发表

我记得在上个月的时候，有一个不起眼但是相当重要的消息，那就是科技部向社会征集颠覆性技术研发方向。什么是颠覆性技术？这就是颠覆性技术，看上去不起眼，不如芯片，航天那样高大上，但是确实可以推进生产力的发展。当然现在媒体上常常会报道一些我国科技进步的消息，我们如何正确认识这些科技进步，并给予其真实客观的评价依旧是值得我们探讨的。本文就会从这两个角度来说这个问题。

首先，二氧化碳合成淀粉是毫无疑问的颠覆性技术

从农业发展来看，我们国家的农业形势是比较吃亏的，由于自然环境，耕地和人口问题，我们大部分地方很难像美国那样进行大规模机械化生产，育种技术上也和美国有很大差距。这就导致我们国家的农业上限实际上是大大低于美国，巴西，阿根廷等国家的。如果按照现在的形式发展下去，我们的农民辛辛苦苦的种地，收入少的可怜，但是种出来的粮食却在价格和质量上还不如直接进口。这种情况一直持续下去，长期来看对我们的粮食安全是不利的。当然国家可以利用政策来稳定这种局面。但是这都是需要成本的，就拿本世纪初的大豆定价之争来看，最终的结果是我们国家形成了对大豆进口的依赖，但是利用政策手段维持了大量的大豆储备，保障了粮食安全。但是这个过程中我们不得不建设了大量的大豆储备设施，这就是成本与资源浪费。而前两年大豆价格的上涨也一度给我们的国内造成一定的压力和麻烦。

从这些事情来看，我们的农业实际上已经和农业强国拉开了差距，这个差距很大程度上是先天的，即使是通过我们自己的改革和技术发展也很难追上。而且就是追上了估计意义也不大，这几年我们的家电基本追上日本了，但是也没见我们家电行业获得多少超额利润。而就算我们较劲脑汁和在技术上达到了和欧美相同的水准，我们也要面临和四大粮商争夺定价权的局面，充其量最后打个平手。所以有时候确实要在新赛道上开展一些争夺，这就是所谓的弯道超车。

目前我们国家在工业生产能力上还是有一定优势的，如果人工合成淀粉可以实现，我们完全可以把农业转化为工业。发挥我们工业上的优势既做世界工厂又做世界粮仓。而粮食工业化生产几乎可以给我们提供无限的就业岗位，到了那个时候任何外部经济上的封锁和打压都变得没有任何意义，这就是真正的内循环。

而且耕地从长期来看属于不可再生资源，农业在百年尺度上会对耕地本身产生破坏。耕地有限的情况下，种了粮食其他好吃的就种不了了，如果把粮食生产搬进工厂，普通耕地种一些品质高的品种，就可以在保证粮食安全的基础上进一步提高普通人的生活质量。更有甚者，我们可以把合成的粮食出口到国外，然后购进国外生产的天然粮食，达到中国人吃肉外国人喝汤的效果，让他们用宝贵且不可再生的耕地资源养活我们。

更有甚者未来我们可以利用光伏，电网，碳中和与合成粮食组成产业链。这条产业链技术上几乎没有什么先进的地方。完全就是依靠大量基础设施建设，这是其他国家很难复制的。到时候我们的合成粮食产量足够后就可以在世界上争夺粮食定价权。到时候成立个淀粉输出国组织，甚至人民币可以固定兑换合成淀粉，使其成为粮本位货币，直接来个人民币 - 淀粉体系。这套体系和技术路线有多厉害，反正就是地球没了也不怕。

https://www.zhihu.com/answer/2032337100

接下来就是第二个问题，这项技术究竟进展到什么阶段了，我们的优势在哪里？

要回答这个问题就涉及到第二点，那就是如何来看待我们现在的技术突破。我们这几年非常注重对科研成果的报道，但是我们普通人还没有能够正确的认识我们的科技进步。这里做一个结论，那就是人工合成淀粉目前还很难工业化：

整个合成过程路线过长，有 11 步，每一步都会有转化率导致原料损失。每一步都需要增加一些辅料和设备。这就导致合成过程中工业化后成本其高。我刚才淘宝了一下淀粉一斤大概 5.5 左右，一吨也就是 5500 块钱。目前我没见过任何一个化工产品在经过 11 步合成之后卖这个价格是合算。要把合成淀粉的成本做到这以下，还需要大量的研究和产业化工作。甚至在这个过程中整个项目就失败了，人们转而去寻求其他路径了。

另外这样的技术虽然是我们国家独创，但是技术上没有本质先进的地方，外国人要重复出这样的成果或者作出类似的成果，也是可能的。当然前面也说了在未来如果这项成果要推进工业化的话，我们在配套和产业路线上是有优势的。这种优势完全有能力抵消我们技术上的均势甚至是劣势的。

所以尽管这项技术距离应用还非常遥远，但是相信未来随着科技的进步，合成粮食是有可能实现的，即使是今天报道的这个技术无法工业化，但只要向着这个方向走，未来也有可能出现其他的录像。当然特别是对于我国，合成粮食或者工业化生产粮食有很大的意义。如果这样的技术最终得到实现，那么我们很多的社会问题和发展问题都能得到解决。

最后我们来讨论一下一项科学技术是如何影响社会进程的

前面说道要解决我们国家的社会问题，最终的解决方式大概率就是由国家推动某种技术进步，最后利用这种技术进步促进社会变化解决旧有问题。实际上从科学技术出现到其最终解决社会问题是有一个漫长的过程的。现在很多媒体对科研成果的报道还停留在 19 世纪，给人一个影响就是一个科研结果出现了很快就能服务于生产，这会给人不必要的期待。

我们先来梳理一下科技是如何影响社会发展进程的。这个过程大概呈现三个阶段：科技研发，产业化和影响社会发展。一项科技只有走过了这一套流程，才算是影响了历史进程。就以我们最近的例子为例，比如说 4G 技术，4G 技术的研发阶段大概是 2010 年以前，在整个研发阶段我们普通人根本感觉不到它的存在。从 2010 年以后 4G 开始产业化，最初期的时候我们会发现 4G 手机开始出现，流量开始变得便宜。但后来随着 4G 技术的普及，短视频，直播等行业开始兴起，有了网红带货等等，这就产生了一批新的职业和社会分工需求。这一条路线走下来，我们发现 4G 最终影响了我们生活，促进了社会的进步，而这个过程持续了 15 年左右。

所以回到这个问题上来，虽然前面说了二氧化碳人工合成是一个颠覆性技术。但从发展阶段上来看，还处于第一步。我们现在还吃不到人工合成的淀粉，说明这个技术还没有产业化，我们还没有看到我们周围有人在合成淀粉厂上班，我们国家还没有利用合成淀粉打垮世界四大粮商，所以这个技术还远没有到影响历史进程的阶段。这期间依旧会有非常多的考验，产业化方面，合成淀粉的生产成本要做到比粮食种植低，在产业化的初期需要进行一定的扶持。在影响社会结构方面，后续这个产业及其配套工程要容纳足够多的就业人口，要利用合成淀粉争夺世界粮食定价权等等。我是比较乐观的，估计这个过程会持续 15-20 年。当然悲观一点的话也有可能也会是如可控核聚变那样永远的 50 年吧。

而且在这个过程中科技研发只是其中一步，并非科技越先进越效果就越好。后续的产业工作也非常必要。我们长期以来所科技是第一生产力，但是很多人实际上把科技等同于生产力，这是非常局限的。

一个例子就是部分航天技术，比如说载人航天和深空探测。技术上一直在研发，但是至今也没形成大规模产业化，太空旅游仅限于富翁的体验，还没有扩散到广大普通人，也没有养活一批太空旅行社产生新的社会分工。当然并不是说载人航天和深空探测不伟大，更不是说我们应该停止这些技术的开发，这只是说这两个技术在影响社会进程上是暂时比较失败的。

可见技术对于社会的影响，科技研发只是一个因素，如果产业会做的不好，或者不能被引导影响社会分工，那么也很难促进历史的进步。常常有些人对我们国家的科研发展有焦虑，认为我们国家科技比别的国家差，最后发展也不如外国。实际上这种焦虑大可不必，因为从这几十年的情况上看，我们科技研发这一步还需要一定时间追赶，但是产业化和影响社会这两步实际上做的不错。这就导致了一个现象就是很多在外国人看着没什么用的技术，被我们国家获取后就能发展出非常大的威力。比如说高铁，德国日本技术虽然高超，但是高铁在这两个国家内影响不大。但对于我们国家，有了高铁一切都焕然一新了。最后的结果就是德国日本辛辛苦苦发展出了高铁技术，却让我们国家进行了产业化，促进了我们国家的发展，长远来看是给我们做了嫁衣。当然类似的还有被广大网友吹捧的 spaceX，我可以断言别看他们现在技术先进，但是最后都是服务于我们中国的太空开发的。

所以最后做个总结

二氧化碳合成淀粉是一个非常有意义的科研成果，但是对我们的生活产生影响，还需要有很长的时间。从利用科技发展解决我国目前实际问题的角度来看，二氧化碳合成淀粉或者粮食的人工合成是一个非常有希望的路线。首先技术上和工程上可行，而且和我们国家未来的发展也非常配套，也符合我们国家目前的技术水平。是最有可能实现的颠覆性技术。从目前的一系列表现来看，从 5G，到量子计算，到人工智能，国家确实是非常积极地在一些新技术上需求突破点的。但是国家是否把合成粮食也当作一条突破口，投入力量进行攻关和产业配套目前还很难说。

知乎用户 远方青木 发表

中国出现了一项极大重大的颠覆性科技突破，能够历史留名的那种。

中科院的科学家，在实验室内首次人工合成了淀粉，把空气中的二氧化碳直接固定成了淀粉。

把二氧化碳固定成淀粉到底具有什么意义？

意义那可是太大了。

首先，淀粉是人类粮食的主要组成部分，也是人类维持生命所需能量的主要来源，把空气中的二氧化碳固定成有机物，这是植物和极少数微生物才拥有的特殊力量，如今人类却可以通过工业手段做到这一点。

这代表人类的农业在未来有可能被彻底颠覆，粮食有可能可以通过工厂直接大规模生产。

粮食，是生命之源。

现在中国留 18 亿亩耕地谁都不能动，就是为了给中国人留下足够多的粮食。

再过一百年，那可就不一定了，也许几平方公里中国工厂制造出来的粮食，就足够全人类食用，中国将成为全世界最大的粮食出口国。这么说可能还是不足以描述人工合成淀粉的重要意义。

我换种说法吧，在目前市面上所有的硬科幻小说里，对未来人类社会的畅想，都有摆脱太阳来生产粮食的描述。

美国拍摄的《星际穿越》，说的就是一种严重的植物病毒毁掉了人类所有的粮食，只剩下玉米，但玉米也岌岌可危，然后主角一系列努力来拯救人类。

如果人类有了人工合成淀粉的技术，那这部电影就不用拍了，会被人当傻子看。

在《火星救援》这部电影里，描绘的自救镜头，也是人类在火星种土豆。

绝大多数的科幻作品，对未来人类粮食作物的畅想，都建立在突破可控核聚变技术后能源无限，然后点灯泡来照射植物从而获得粮食，建立体农场来提高单亩产量，很少有人敢去想人类直接合成粮食。

在中国最顶级的科幻作品《三体》里，曾经描述过人类科技被三体人封锁的场景，苏醒过来的罗辑，看到人类还没能实现人工合成粮食，就判断人类科技依然处于被三体派出的智子给锁死的状态。

那合成粮食呢，他们不是可以合成粮食吗？罗辑又问。
这我不是太清楚，但现在的粮食也是种子长出来的，只不过是在工厂的什么培养槽里生长的。庄稼都基因改造过，据说那麦子只长穗没有秸秆，而且长得贼快，因为那里面有很强的人造阳光，还有催长的强辐射什么的，麦子稻谷一星期就能收一季，从外面看就像生产线上产出来的一样。
哦…… 罗辑长长地沉吟一声，他眼前许多绚烂的肥皂泡破裂了，现实露出了真面目。
他现在知道，就在这个伟大的新时代，智子仍然无处不在地飘荡着，人类的科学仍被锁死着，现有的技术，都不可能越过智子划定的那条线。

人工合成淀粉这一技术，在《三体》的技术等级归类中，属于能突破三体智子科技封锁的等级。

从以上这些科幻作品的描述中，你可以看出人工合成淀粉这一技术到底有多逆天，已经步入到了科幻作者连想都不敢想的那个领域了。

虽然只是跨入了第一步，但毕竟是跨入了。

你要知道，从 0 到 1 的突破难度，并不亚于 1 到 100。

这看起来只有一丁点的淀粉，代表着无以伦比的重要意义。

中国的科学家是如何人工合成淀粉的？

大概的原理我说一下，首先是利用光伏，把太阳能转化成电能，然后用电能分解水，制成氢气和氧气。

然后，把二氧化碳和氢气放在一起，通过催化剂制造出甲醇。

最后，把甲醇和一系列的酶进行反应，最终合成淀粉。

通过以上流程，科学家实现了从太阳光到淀粉的人工合成。

这个能量转化效率，达到了 7%，也就是 100 份太阳光能量照射到地面，科学家可以合成出 7 份能量的淀粉。

看起来是不是很低？

有个数据或许会吓到你，进化了无数亿年的植物，对太阳光的利用率只有 2%，因为很多阳光农作物无法完全捕捉，从枝叶缝隙中穿过，漏到了地面，秋冬天也无法种植，太阳能闲置几个月。

所以，单纯光合作用，植物对太阳能的利用率能达到约 33%，和目前顶级光伏板差不多的利用率水平。

但如果考虑到植物的浪费和闲置，那植物的整体太阳能利用率就跌到了只有 2%。

而在这 2% 里，最多只有一半分配给了淀粉，其他要合成自身枝叶，以及维持自身生命所需。

也就是说，100 份太阳光照射到地面，植物最多只能合成出 1 份能量的淀粉。

论能量利用率，人工合成淀粉技术完爆植物。

而在以上流程中，实际上最核心的流程都是通过电能实现的，把太阳能通过光伏转化为电能只是为了符合从太阳能到淀粉这一要求，让自己看起来更环保而已。

实际上，我们完全可以做到在无太阳光的环境下，让电能直接转化成淀粉，突破人类只能利用太阳能生产粮食的局限，理论上 1 立方米的生产能力等于 5 亩地。

这个意义就更大了。

能够从电能直接转化成淀粉，而且还能固定二氧化碳，这是人类步入星际时代的必备前置科技，没有这个东西你不可能进行星际航行的。

利用这个技术，星际飞船就能实现内部碳循环，从而极大的减少携带的氧气和食物等物资。

理论上，突破了可控核聚变技术之后，拥有这种技术的星际飞船，只需要在太空中捕捉游离的核燃料气体，就可以无限飞行，无限续航。

拥有这项技术后，在没有植物生存环境的外星地表，人类也可以建造生命循环系统，碳循环和氧循环都可以建立。

所以，我才说这技术是人类步入星际时代的前置性技术之一，意义十分重大。

这项技术对太阳能的利用率相当高，但作为一个刚刚突破出来的技术，那成本自然是高昂的吓人，主要贵在那个酶的上面，成本太高。

目前人工合成出淀粉，你肯定是吃不起的，价格远远贵于天然淀粉，也许几十年成本都不会具备优势。

那这项技术有啥意义？中看不中用啊。

这你就错了，刚出生的婴儿有什么用，你敢说婴儿没用么？

以青霉素作为举例。

1928 年，英国细菌学教授弗莱明发现了青霉素具备强大的杀菌作用。

1929 年，弗莱明发表了青霉素的论文，将这一成果公布。

然后，足足 9 年的时间，没人搭理弗莱明。

因为青霉素极难制造，极难提取，成本高的吓死人，不具备实用价值，所以这一成果被束之高阁。

1935 年，德国生物学家杜马克的小女儿病危，被链球菌感染，得了败血病。

为了救自己的小女儿，杜玛克研制成功人类第一款抗菌药，磺胺类药物百浪多息，救下了自己女儿的命。

红 25 军指挥官程子华和徐海东中弹负伤后被细菌感染，发起高烧，命在旦夕时，军医在战斗缴获品中发现一罐磺胺类药物，最后才救下两位将军的命。

磺胺类药物缺陷很大，能杀死的细菌种类较少，还会杀伤大量的人体正常细胞，副作用相当大。

但这毕竟是人类第一款抗菌药物，在第一次世界大战中大显神威，救下了很多士兵的性命。

绝大多数士兵，都不是被炮火直接击毙的，而是受伤后死于细菌感染，抗菌药的效果十分显著。

作为德国的敌人，看到抗菌药如此厉害，英国也开始加速抗生素的研发。

1939 年，弗洛里团队重复了弗莱明的实验，成功提取了少量青霉素，为一个严重感染的 15 岁男孩进行了注射，挽救了他的性命。

实验证明青霉素前景无限，价值不可估量。

但青霉素的提取之难，难于上青天，凭英国的能力，就算不考虑价格，都没办法实现大规模生产。

1941 年 7 月，弗洛里带着部分团队成员来到了美国，和美国共享技术，希望借着美国的力量突破规模生产的瓶颈。

这项技术的价值一目了然，于是美国政府投入了巨资，组织了 16 家医药巨头参与联合研发。

到了 1943 年，美国终于生产出了 21 万支每针 10 万单位的青霉素，大概能救几万人。

但那个成本，高的实在是有点吓人，每剂费用为 200 美元。

1 克青霉素，当时的价值等于 3200 克黄金，真的是只有达官贵人才用的起。

1944 年，美国化学家找到了利用化学办法直接合成青霉素的办法，比生物发酵青霉素要快得多，也便宜的多。

青霉素的产量骤然飙升，年产量增长 250 倍。

到了 1945 年，每剂青霉素的价格下降到了 6 美元。

到了 1946 年，每剂青霉素的价格下降到了 0.55 美元。

是不是很便宜？

到了 1949 年，1 瓶 20 万单位的青霉素仅重 0.12 克，却依然相当于黄金 0.9 克的价格。

不过到了如今，一瓶青霉素的价格，只有几毛钱了，单位还是人民币。

抗美援朝的时候，集全中国之力，用金条大量的进口青霉素，居然都不能完全满足前线将士的需求。

在当时突破英美封锁，冒死每天晚上给大陆运青霉素的霍英东，在 2006 年下葬时，葬礼的级别是国葬。

而如今，中国的青霉素已经便宜到厂家都不太乐意生产了，想要多少就有多少。

这就是从实验室到大规模生产的路径。

最初的青霉素，成本比人工淀粉要还高得多，但最终还是走入了千家万户。

只要你这个技术足够有用，数十年如一日的去大力研发，成本一定可以降下来，几万倍的那种下降。

能够把二氧化碳固定成淀粉，这是在碳中和大方向下中国取得的重大科研突破，超越欧美，成为了全球的科技引领者。

而类似的事情，已经在多个新兴领域出现。

这说明了一个问题，在新兴领域，中国的科研能力已经完全不弱于欧美，甚至更强。

这些年，很多人诟病中国的科研能力太弱，说中国人没有创新能力。

有人说是中国应试教育的问题，有人说是中国传统文化的问题，有人说是中国市场经济不健全的问题。

反正，都解释的头头是道，看起来没啥问题的那种。

但实际上，科研能力不足唯一的原因就是穷。

以前的中国太穷了，那么穷的条件下怎么可能搞的出突破性科研成果，能勉强追上欧美就不错了。

富国的科研能力没有一个弱的，穷国的科研能力没有一个强的。

至今为止，我没有看到地球上有任何一个又穷科研能力又强的国家。

我甚至没有看到任何一个国家是在穷国阶段科研能力爆发，直接一夜翻身当富国的。

纵观历史，欧美列强国家都是通过小规模的技术提升换来对外掠夺能力，利用掠夺的财富反哺科技，形成正循环，通过几百年的积累才慢慢把科技提升到现在这种程度的。

自从中国富起来后，就开始大力推进研发，反哺科技，希望通过科技的力量把中国向前继续拉，实现科技和财富的正循环。

2000 年之后，中国的专利数量突飞猛进，出现爆发式增长。

有人说，这些专利很多都是注水的，质量并不高。

说的没错，这里面绝大多数专利都是注水的。

但全世界所有国家，其绝大多数专利也都是注水的。

苹果造个手机，能围绕这个手机申请几百个看起来莫名其妙的专利，甚至还把苹果手机边角处圆角矩形的造型给申请了专利，在 2012 年的时候还因此起诉过三星和谷歌。

谷歌副总裁 David Lawee 说：

“我们并不相信圆角矩形可以用来申请专利，我们没有意识到苹果会利用这个来保护 iPhone，这也为我们敲响了警钟”

这就是美国最顶级科技巨头的专利，一样算一个专利数量。

90% 的专利都是注水的，还有 9% 勉强具备一点价值，只有 1% 才算精华，全球都这样。

科学家里面也分三六九等，而且分化比普通人更加离谱。

所有的国家，都是指望通过量变引发质变，从来没指望过每个专利都有大用。

当然，这些年中国专利被批评，也有其道理。

我们追随型的专利太多，原创，引领全球的专利太少。

大，而不强。

而评价一国科研实力，重质不重量，只有你科研实力攀升到能够引领全人类的地步，才会被认可为科研大国。

但是随着 20 年发展，中国最终通过量变引发了质变，在老旧领域和欧美的技术鸿沟一时半会确实还追不上，但是在新兴领域，中国已经明显和欧美具备了同一水平的研发实力。

中美的差距有多大？

1890 年，美国成为世界第一大工业生产国。

2010 年，中国成为世界第一大工业生产国。

1920 年，美国成为世界第一大经济体。

2021 年，中国拥有世界第一大经济体 70% 的 GDP。

美国整整超越了中国 100 年以上。

在这个前提下，二战之后美国还把德国的精英科学家掠夺一空，战后的美国其实等于战前的美国 + 德国科研能力之和。

而德国在战前是毫无疑问的科技第一，能以一己之力挑战全世界的恐怖存在。

别说二战前那个引领全球潮流的德国了，就算是现在的德国，如果其顶级科学家能全部弄到我们这边来，你猜中国的科研实力会凭空暴涨多少？

在这么大的差距下，在诸多新兴领域，中国能明显追上欧美，还能在不少领域取得重大科研突破，这说明中国人的科研实力完全不亚于欧美人。

以前没办法搞科研，是因为研究太费钱，而中国人那时候确实很穷。

等大家都一样富的时候，拼科研，中国人根本就不虚。

现在全球都在搞碳排放权，谁排放二氧化碳谁就要付费。

按中国科学家这种搞法，也许 50 年后，人类就要开始搞碳购买权了。

二氧化碳太少了，你们再吸就吸干了，为了保护人类环境，谁付费，谁才有资格从空气中吸收二氧化碳。

这个里程碑式的突破，是由中国人完成的。

在科研领域，很容易一步快步步快，后来者很难追赶。

在将来的宇宙飞船里，搭载的生命循环技术，很有可能就是我们中国人研发出来的。

种菜的终极天赋，被我们点亮了，星辰大海在等着我们，彻底解决人类粮食问题的曙光已经出现。

人工合成淀粉技术的诞生，用实际证据表明，中国人在充足资金的支持下，可以取得令世界震惊的颠覆性科研成果。

我们一点都不笨，我们的科研思维一点都不差，我们的科学家完全可以和美国科学家打擂台。

只要中国富起来，只要中国的科研资金能有美国那么多。

我相信，中国科研实力全面超越美国，指日可待。

作者：远方青木（ID：YFqingmu）

原文：颠覆性科技突破，中国跨出了人造粮食的第一步

知乎用户 麻瓜​​ 发表

很重要的工作。不要低估它的科学意义，但也不要过度解读淀粉的应用价值，文章提供的二氧化碳 - 葡萄糖合成路线比淀粉更重要。

首先讲科学意义：

1. 真实世界的植物固碳通路，步骤繁琐：

目前我们的淀粉都是植物固碳，把二氧化碳（C1）通过 Calvin 循环最后形成 C6 化合物（譬如葡萄糖）。植物共有 C3 途径和 C4 途径两条固碳线路，我说了也不一定有人想看，我贴个图上来，让大家看看步骤有多繁琐。

植物固碳产生的葡萄糖，就可以直接利用了。但植物产多了，平时不用怎么办呢？那就囤起来呗。所以植物会在淀粉合酶的帮助下把葡萄糖聚合起来，形成淀粉，储存在种子、根茎等部位，以备不时之需。

2. 之前很多人对人工固碳做了尝试：

之前有很多人尝试过将二氧化碳（C1）固碳形成多碳化合物。譬如用细胞固碳，有通过合成生物学优化固碳通路，提高生物固碳效率的 [1]，有优化大肠杆菌，用大肠杆菌固碳的 [2]，这两个都是生物固碳。

也有人把酶封装在液滴里，模拟出一个类叶绿体来固碳，这已经不是生物固碳了，它所使用的并非生命体 [3]；更有直接拿酶在纯体外固碳的 [4]。

3. 国内这篇文章在人工体外固碳中是佼佼者：

目前这篇 Science 文章是拿酶直接在体外固碳，把繁琐的生物合成步骤，从几十步简化成十几步，化学合成路线做得短，是很聪明的做法，文章的科学意义很大 [5]。

另外，这篇文章并不是第一次纯体外固碳，但它从无机到有机和 2016 年那篇 Science 做的不一样，要关注一下这点。

我们可以简要理解下文章里的合成路线，注意这里不是纯无机合成，很多用到的催化剂都是酶：

很多人把文章意义放在产生淀粉上，但二氧化碳（C1）到葡萄糖 6 磷酸（C6）的合成路线优化更香啊！

然而由于淀粉更接近于自然粮食。文章把固碳做到了淀粉，我觉得更多是为了让整个文章的最终产物更接近自然粮食，文章升华。但这篇文章最大的价值还是在从二氧化碳（C1）到葡萄糖（C6）上。

其次说说应用价值，大家都把注意力放在淀粉上，但实际上这文章最重要的不是产生葡萄糖吗？

1. 提供能量？用葡萄糖就够了啊：

淀粉不是人消化吸收最好的能量来源。

人在消化吸收淀粉时，会先将多聚葡萄糖（淀粉）转化为二糖，之后再转化为单糖，最后被人体吸收。供能用葡萄糖效率更高，不需要用淀粉。所以你看我们都会直接注射葡萄糖。

但淀粉有什么好处呢？淀粉给了缓慢吸收的过程。

长期葡萄糖输注，会导致你血糖升得快，降得也快。我来了，我走了，我又来了，我又走了。然后你的胰岛气到爆炸，每天都是 007 不停产胰岛素。

最后你胰岛素抵抗，变成糖尿病。

淀粉比葡萄糖好一些，它吸收需要步骤，所以升糖慢，对胰岛细胞压力没那么大。这只是相对于葡萄糖而言。大家保护胰岛，建议多吃粗粮。

但真到了粮食紧缺的时候，不会使用淀粉，而会直接使用葡萄糖。因为到了紧急关头，什么能源最直接、最便宜，就用哪个。

2. 吃人工淀粉，满足不了挑剔的胃：

我猜这里的人工淀粉大概率不好吃。前面提到，不同淀粉合酶有的形成支链，有的形成直链，造成了淀粉不同口感。

支链淀粉聚合的葡萄糖比较多，想象成一坨乱糟糟的线，吸水能力更强，含支链淀粉多的米饭水润蓬松（也就是穷苦生物民工最爱吃，也不得不吃的软饭）。

直链淀粉吸水能力差，含直链淀粉多的米饭硬实弹牙，可以用来做蛋炒饭，饭要粒粒分开，还要沾着蛋。

不同淀粉，聚合的葡萄糖个数不同，支链和直链比例不同，产生了丰富的口感。这是人工淀粉无法代替的。

最后综上，这是一项科学意义重大的工作。

但要注意重点是葡萄糖，葡萄糖，葡萄糖，而不要只看到淀粉。

参考

1. ^A. Bar-Even, E. Noor, N. E. Lewis, R. Milo, Design and analysis of synthetic carbon fixation pathways. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 107, 8889–8894 (2010).
2. ^A. Satanowski, B. Dronsella, E. Noor, B. Vögeli, H. He, P. Wichmann, T. J. Erb, S. N. Lindner, A. Bar-Even, Awakening a latent carbon fixation cycle in Escherichia coli. Nat. Commun. 11, 5812 (2020).
3. ^T. E. Miller, T. Beneyton, T. Schwander, C. Diehl, M. Girault, R. McLean, T. Chotel, P. Claus, N. S. Cortina, J.-C. Baret, T. J. Erb, Light-powered CO2 fixation in a chloroplast mimic with natural and synthetic parts. Science 368, 649–654 (2020)
4. ^T. Schwander, L. Schada von Borzyskowski, S. Burgener, N. S. Cortina, T. J. Erb, A synthetic pathway for the fixation of carbon dioxide in vitro. Science 354, 900–904 (2016).
5. ^Cai T, Sun H, Qiao J, Zhu L, Zhang F, Zhang J, Tang Z, Wei X, Yang J, Yuan Q, Wang W, Yang X, Chu H, Wang Q, You C, Ma H, Sun Y, Li Y, Li C, Jiang H, Wang Q, Ma Y. Cell-free chemoenzymatic starch synthesis from carbon dioxide. Science. 2021 Sep 24;373(6562):1523-1527. doi: 10.1126/science.abh4049. Epub 2021 Sep 23. PMID: 34554807.

知乎用户 从不毒舌可达鸭​ 发表

论文可以在 Scihub 下载，DOI 10.1126/science.abh4049

事先声明：我不是生化环材专业，但是英语还可以，论文里不涉及专业知识的部分还能看懂，本文部分参考了几位生化环材方向专业朋友的意见。

简单点说，反应过程就是：

CO2→C1（分子内 1 个碳原子的有机物，下同）→C3→C6→Cn（即淀粉），从无机物到有机物的过程是第一步。

团队对 ASAP（artifical starch anabolic pathway，人工淀粉合成路线）进行了多次迭代

• ASAP1.0 解决有和无的问题，上面链条的每一步都有多种不同的路径选择，最终选择了 CO2→甲醇的这条路线

• ASAP2.0 优化了反应效率
• ASAP3.0（最终版）将化学反应（CO2 氢化）和后续的生物酶反应结合起来
• ASAP3.1：在最后一步使用了从 Vibrio vulnificus（一种弧菌）中获得的酶（Starch Branching Enzyme）来生成更接近现实中淀粉结构的直链 - 支链淀粉比例。

不过需要注意的是，目前这个合成路线还是实验室阶段，ASAP3.0 的生产效率是 410mg/L / 小时。

By using spatial and temporal segregation of steps, ASAP 3.0 achieved a high starch productivity of ~410 mg liter−1 hour−1 from CO2

同时反应中使用了大量生物酶，对于反应条件的要求会比化学催化剂更加苛刻。

至于能量转化效率，论文是这么说的，但是由于不是我的专业，只能等待方家解读了。

简单总结就是：

一项突破性成果，但是距离规模化工业生产还有一段距离，现在就想着 “喝西北风” 还早得很。

感谢科研人员们的努力，期待更多的好消息。

知乎用户 中国新闻网​ 发表

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。

　　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”。

　　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。

　　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。

　　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)。

　　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”。

中外专家热评从二氧化碳人工合成淀粉：助解人类未来面临重大挑战

“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”“将为未来通过工业生物制造生产淀粉这种全球性重要物质提供新的技术路线”“是人类第一次实现了非光合作用的淀粉合成”“将对下一代生物制造和农业发展产生巨大影响”“将有助于解决我们未来面临的重大挑战”……

　　中国科学家在实验室国际上首次实现二氧化碳到淀粉的从头合成这一重大颠覆性、原创性突破成果论文，24 日在国际著名学术期刊《科学》上线发表，也引发中外同行专家聚焦与热议。

　　中国科学院院士、中科院副院长周琪表示，二氧化碳的转化利用与粮食淀粉工业合成，是应对全球挑战的重大科技问题之一。中科院天津工业生物技术研究所创新科研组织模式与合作研究团队进行联合攻关，按照工程化原理，利用生物计算技术，设计构建出非自然的二氧化碳固定还原与淀粉合成新路径，在实验室国际上首次实现从二氧化碳到淀粉的从头全合成，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。

　　美国科学促进会 /《科学》杂志新闻部执行主任梅根 · 菲兰认为，最新成果论文讨论了一种全新的人工合成淀粉 (常见的植物碳水化合物) 的方法。这个合成过程涉及二氧化碳和氢气的使用，该研究成果将为未来通过工业生物制造生产淀粉这种全球性重要物质提供新的技术路线。

　　中国工程院院士、南京工业大学原校长欧阳平凯说，中科院天津工业生物技术研究所所长马延和团队完成从二氧化碳合成淀粉的重大科学工程的工作，从二氧化碳到甲醇，然后甲醇进一步合成到淀粉，这是人类第一次实现非光合作用的淀粉合成，对中国、对世界解决二氧化碳生成淀粉这个人类基本的食品和原料的问题以及 “碳中和” 工作，都有很重要的意义。

　　“这是一项具有‘顶天立地’重大意义的科研成果。” 中科院院士、中科院分子植物科学卓越创新中心研究员赵国屏指出，马延和团队设计构建了一种新型的淀粉人工合成途径，这一原创性成果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，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。同时，也展现合成生物学工程科学研究策略的巨大潜能，为针对重大应用目标实现中的瓶颈科技问题开展基础研究的战略导向，提供了成功的范例。

　　中科院院士、中科院分子植物科学卓越中心研究员陈晓亚称，二氧化碳固定是地球上生命赖以生存的基础。马延和团队将无机催化与酶催化相结合，创造性地在体外系统中固定二氧化碳合成淀粉，这是一项了不起的突破，对于植物科学和农业科学研究也很有启发。

　　中国工程院院士、江南大学原校长陈坚说，这项研究成果是通过化学与生物的方法相结合，主要采用蛋白质工程和合成生物学等一系列新技术，从二氧化碳直接合成淀粉，完全颠覆了传统的淀粉生产方式。马延和团队这个工作是典型的从 “0 到 1” 的原创性成果，不仅对未来农业生产特别是粮食生产具有革命性影响，而且对全球生物制造产业发展也有里程碑意义。

　　“以二氧化碳为原料人工合成淀粉是利用合成生物学解决当今社会面临的若干重大挑战的惊人案例。” 美国工程院院士、瑞典查尔姆斯理工大学教授延斯 · 尼尔森表示，马延和教授及其团队利用不同种类的酶组成的重组酶系统，将二氧化碳化学催化产生的甲醇成功转化为淀粉，这是一个现代催化化学与合成生物学相结合的精彩案例，“这次重大突破将会为日后更多相关研究铺平道路，这些研究的整合和应用将有助于解决我们未来面临的重大挑战”。

　　韩国国家科学与工程院院士、韩国科学技术院副院长李相烨认为，马延和教授领导研究团队通过整合化学催化与生物合成，实现将二氧化碳催化为甲醇，并通过多酶生物合成将甲醇转化为淀粉。“这是一项非常了不起的工作”，彰显合成生物学在生物合成途径及酶的设计方面的巨大力量，也显示出将化学和生物相结合的方法对于生物基化学品和材料生产的重要性。

　　日本神户大学副校长兼教授、日本理化研究所可持续资源科学中心副主任近藤昭彦教授说，马延和教授及其团队在二氧化碳转化合成淀粉方面取得重大突破的这项研究成果非同凡响，“不依赖光合作用从二氧化碳到淀粉的合成无疑是我们长期追求的梦想，我们可以利用合成的淀粉生产各种各样的材料和食品，因此，这项研究成果将对下一代生物制造和农业发展产生巨大影响”。

　　“众所周知，将二氧化碳固定并转化为有用的有机化学品是一项重大的国际挑战。” 德国科学院院士、欧洲科学院院士、德国马普煤炭研究所名誉教授曼弗雷德˙雷兹称，马延和教授及其合作者将该领域的研究向前推进了一大步，同时将中科院天津工业生物技术研究所推向国际顶尖水平，他对后续进一步的创新研究充满希望并满怀乐观。

　　周琪还提醒说，中国科学家最新实现二氧化碳到淀粉的从头合成的研究成果尚处于实验室阶段，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，最终真正成为解决人类发展面临重大问题和需求的有效手段和工具。

　　他表示，中科院将集成相关科技力量，持续支持该项研究深入推进。同时，希望中科院天津工业生物技术研究所团队继续聚焦目标任务，对标国家战略需求，进一步加强关键技术攻关，积极探索、深入研究，瞄准技术发展方向，固化该领域的优势地位，加强知识产权保护、成本和竞争力分析，加快推进后续工作。

知乎用户 申鹏​ 发表

读修仙小说的朋友，应当熟悉以下设定：

修仙者靠消耗 “灵石” 生存，灵石就相当于人类的粮食，灵石都是天生的，天地灵气汇聚沉淀的，需要开采，用来消耗修炼，普通修士天天为了这些争得头破血流，但是某大能横空出世，虚空造物，徒手一捏，天地灵气汇集，顶级灵石就出现了，要多少有多少。

二氧化碳人工合成淀粉，差不多就是圣人虚空造物的感觉。

人类的科技和工业，就是要 “夺天地之造化”，“自然创造的东西，人类也能创造”。

因为，淀粉本身就是碳水化合物，自然界中二氧化碳到处都是，水也到处都是，但二氧化碳和水不能自己变成碳水化合物，变成淀粉，变成糖。

淀粉是光合作用产生的：6CO2+6H2O=C6H12O6+6O2

绿色植物在阳光照射下，将外界吸收来的二氧化碳和水分，在叶绿体内，利用光能制造出以碳水化合物为主的有机物，并释放出氧气，光合作用首先产生葡萄糖，葡萄糖聚合成淀粉，淀粉被动物吃下，再次转化成能量，这是能量的转化过程…… 我们这颗星球上的一切生命，都来自于太阳光这种能量。

二氧化碳和水在植物光合作用下变成碳水化合物，碳水化合物在被动物吸收排泄后会变成二氧化碳和水…… 但这在自然界中是个比较长的过程。

太阳光照在你身上，只会让你发烫，不能给你提供动力，但是太阳光照射玉米、红薯、水稻一年半载，就能让它们结出淀粉果实、块茎，你把这些吃下去，你就有了可以驱动的能量……

二氧化碳对人体来说，没有什么用，但把二氧化碳变成碳水化合物，那就是人体的能量。

学过中学物理的同学都知道 “能量不能被创造，也不能被消灭，只能转移、转换”。

能量转化的过程也是可逆的，但问题在于过程非常复杂、苛刻、损耗极大，你想要得到一种特殊的能量，就得付出想当多的能量，如果想要工业化产出，就必须做到高效、低损、少步骤、输出输入能量平衡。

你得尽可能把流程简单化，成本最小化，周期还得短。半年长出水稻，你一周就能合成淀粉，你就碾压了六千年的农耕文明。

人工合成淀粉整体设计思路是将热电厂和水泥厂排放的高浓度二氧化碳分离出来作为原料。将低密度太阳能转化为高密度电 / 氢能作为能源，形成简单的碳氢化合物。然后设计出从碳氢化合物到淀粉的生物合成过程。
生物合成过程大致是先做化学反应——利用高密度电 / 氢能将二氧化碳还原为碳一化合物。再做生物反应——将碳一化合物聚合为碳三化合物、碳六化合物（即葡萄糖） 直至长链淀粉分子。

在充足能量供给的条件下，按照目前技术参数推算，理论上 1 立方米大小的生物反应器年产淀粉量，相当于我国 5 亩土地玉米种植的平均年产量。

想象一下，有一天，不需要土壤，不需要植物，只靠二氧化碳和充足的电能，就能造出源源不断的淀粉，且不说口味如何，这是所有生物体的生命之源啊，我们将彻底解决所有人和牲畜的吃饭问题。

当然，这个成果还只是实验室条件下的成果，要实现工业化规模化，还需要很长的一段路要走，特别是 “充足的电能”……（令人念念不忘的那个 “托卡马克炼丹炉”）。

现代农业的奥秘就在于工业化和规模化，拥有现代化的农田水利、工业化肥、食品制造的国家，对那些传统农业文明，是降维打击，你全家老小辛辛苦苦精耕细作几年的成果，比不上人家现代农业一个季度的产量，你的粮食安全就会出问题，你的饭碗就端不稳。

粮食安全，是国家安全的重要组成部分，把饭碗端稳了，才不会受制于人。

当自然的一切产物都能在工业化流水线上批量生产的时候，那就是 “物质极大丰富” 。

天天讲 “星辰大海”，这就是星辰大海啊，每一步都是。

知乎用户 江浩栾 发表

这也太欺负人了吧？搞得我的心拔凉拔凉的。我还在规划怎么搞我的生态农业呢。

没点开的时候，我还想着应该只是实验室能做吧，应该耗能巨大吧，应该成本很高吧，但是，看了几个回答，心都凉透了。

连耗能环节都基本解决了，那成本能高到哪里去啊？

这玩意儿一旦工业化、规模化生产，成本一下降，那粮食生产还有什么竞争力？

有人会说，人未必肯吃的，放心吧。呵呵，我只能呵呵了，因为这些人根本不懂。

你以为吃粮食最多的是人吗？是养殖啊。这合成的东西一旦比种植成本还低了，那饲料厂肯定都要开始凉凉了，就算不凉也不会采购粮食了。

饲料厂都不采购粮食了，种植业还有市场吗？靠人吃？呵呵。

只要人工合成淀粉的成本足够低，肉就能比粮食成本低。猪、鹅这些动物，规模化养殖的料肉比仅仅是 3:1 左右啊。

只要人工合成淀粉的成本突破种植的三分之一，那肉就比粮食贵不了多少了。

如果成本再往下突破，三块钱一斤肉，并不是那么遥不可及。谁还吃那贵得要命的粮食啊？

太欺负人了，实在是太欺负人了。

难怪李子柒停更两个月。我也要考虑考虑停耕了。

知乎用户 nesmto​ 发表

一，技术工业化还有较长路要走

原文链接 [1]

从原文综述来看，文章提供了一条反应路线

图示工艺分几步：

1. 用氢气和二氧化碳，在催化剂环境下合成甲醇。

本技术路线的光能 - 化学能的能量转化效率超过 10%，远超光合作用的能量利用效率（2%）。

甲醇也可以用化工方式合成，有多种工艺路线，例如天然气部分氧化法、一氧化碳和氢气高压催化法等 [2]。

2. 甲醇通过生物酶催化反应，生成甲醛，再合成二羟基丙酮。

3. 通过生物酶催化，将二羟基丙酮合成六碳糖（如葡萄糖或者果糖），再合成直链淀粉，最后合成支链淀粉。

如图所示，产生的淀粉量较少，应该还是实验室阶段。

按照一般的工业技术开发流程，需要经过小试、中试、工业化生产几个阶段才能实现量产。

下一步需要中试。

二，中试需要解决的问题

1. 工艺稳定性

小试能走通的工艺，到了中试阶段需要建设生产线扩大产量，如果放大过程中暴露出难以克服的重大问题时，就需要复审实验室工艺路线，修正其工艺过程。

2. 设备材料问题

设备需要满足反应条件。

3. 传热、传质问题

小试使用的容器小，与周围环境热量交换较为充分，物料混匀很容易。在放大过程中传热传质问题会凸显出来，需要用合适的设备解决。

4. 工艺条件优化

（1）改善反应条件，控制副反应的发生，提升得率。

（2）未反应完的原材料尽可能回用，减少三废排放。

5. 工艺流程与操作方法的确定

6. 研究确定质量控制方案 [3]

三、进入工业化生产的前提条件

1. 根据中试情况进行物料衡算，确认经济性

这项研究的相应作者马延河说：" 如果将这一过程的总成本降低到与未来农业种植经济相当的水平，预计将节省 90% 以上的耕地和淡水资源。[4]

确定工艺后，原材料消耗和生产成本估算，确定产品的原材料单耗等经济技术指标能为市场接受，如果成本太高则没有工业化价值。

2. 设备和工艺具备稳定性

要证明各个化学单元反应的工艺条件和操作过程，在使用规定的原材料的情况下，在模型设备上能生产出预定质量指标的产品，且具有良好的重现性和可靠性。

3. 通过安评和环评

三废的处理方案和措施的制订能为环保部门所接受；

安全，防火，防爆等措施能为消防，公安部门所接受；

提供的劳动安全防护措施能为卫生职业病防治部门所接受。

四、如果技术成功工业化，战略意义极大

1. 其他国家永远失去靠控制国际粮食流通渠道影响我国粮食安全的机会

我国可以无视季节影响，大量生产粮食。

既可以以二氧化碳为原料生产粮食，还可以用大化工的方式生产甲醇，再用本工艺将甲醇转化为粮食。

2. 可扩大我国的国际影响力

[有没有大神能预测一下未来三年内的疫情走向？124 赞同 · 11 评论回答

](https://www.zhihu.com/question/478933195/answer/2130377045)

由于病毒进化速度接近指数，防疫资源增长速度基本是线性，短期内境外疫情还会不断恶化。

疫情已经干扰到全球工业生产，影响国际粮食运输，极可能导致部分粮食净进口国家缺粮。如果我国可以工业化低成本生产淀粉，就具备了将缺粮国家拉出饥荒的能力。

[联合国：新冠疫情引发全球饥荒不是耸人听闻_腾讯新闻​new.qq.com/omn/20210228/20210228A057WU00.html

](https://link.zhihu.com/?target=https%3A//new.qq.com/omn/20210228/20210228A057WU00.html)

3. 为甲醇的合成提供新技术路线

化学工业中，合成甲醇需要煤炭（制取水煤气获取一氧化碳和氢气）或天然气，新技术可以让甲醇制取摆脱化石能源的依赖。该技术能否取代现有技术取决于成本和工艺稳定性。

参考

1. ^https://www.science.org/doi/10.1126/science.abh4049
2. ^https://www.chemicalbook.com/ProductChemicalPropertiesCB7854099.htm
3. ^https://www.sohu.com/a/438111630_120052111
4. ^https://phys.org/news/2021-09-chinese-scientists-starch-synthesis-carbon.html

知乎用户 奉义天涯​​ 发表

真正的颠覆性技术！

中科院天津工业生物所，我的家门口啊… 我每天都要路过的地方，居然这么牛逼！

堪称神迹！

这个突破，人类稳了。

大家还记得《星际穿越》这部神剧吗？

地球粮食危急只剩下了玉米，但是玉米也岌岌可危！

有了人工合成淀粉的技术，《星际穿越》这部剧可以不用拍了…

再严重的植物病毒和疾病等，已经不具备灭绝掉人类的可能性了。

单纯这一点，就不是成本、复杂程度、催化剂价格等等可以囊括的。

…

打卡！

知乎用户 黑门山​ 发表

我的天呐，这是真的吗？

用二氧化碳人工合成淀粉？

会不会是瓜羊头卖狗肉的假新闻？

身为吃瓜群众，我知道自己孤陋瓜闻，但我不能事不关己高高瓜起，所以我就顺藤摸瓜，摸到了著名国际学术期刊《科学》的网站。

那篇我国科学家突破二氧化碳人工合成淀粉技术的文章赫然在目。

看来这次的新闻是真的。

我们都知道，在自然界中许多植物通过光合作用，将葡萄糖转化为淀粉存储在根茎和种子中，这成为我们人类赖以生存所必须的主食成分。

现在，我国科学家开发出一种新技术，将二氧化碳用催化剂还原成甲醇，然后再转化成三碳和六碳，最后聚合成为淀粉。这个过程合成速率是玉米淀粉合成速率的 8.5 倍。

要知道玉米淀粉在全球占有 75% 的市场份额，不仅作为人类的食物，也是医药、食品、化妆品、饲料、石油钻井、金属铸造、纺织、造纸、建筑、日化等行业的重要材料。

因此，人工合成淀粉技术带来的巨大影响，将是我们想象不到的。

我们打开脑洞思考一下。

一座淀粉合成工厂，它不需要占用大面积的耕地，也不需要耗费淡水资源，更不需要洒农药，施化肥，只要从大气中吸入二氧化碳，通过人工合成技术，就能源源不断生产出淀粉。这简直就是神话一般的场景。

我们再把眼光从地球挪到火星。

火星的大气虽然远比地球稀薄，但是其中 95.3% 是二氧化碳。而且在火星的两极覆盖着固态的二氧化碳。

如果将来我们向火星移民，那么二氧化碳人工合成淀粉技术，将会解决火星移民的主食以及工业需求。

想象一下，在太阳系已知最大的山—火星奥林帕斯山上，最大的峡谷—火星水手号峡谷中，崛起一座座中国的全自动淀粉合成无人工厂，源源不断向中国人的火星城市输送给养。

想到这里，身为吃瓜群众，我对中国科学家突破二氧化碳人工合成淀粉技术瓜目相看。

清心瓜欲的我，万粉期待这一技术瓜熟蒂落。

虽然这项新技术，从实验室到量产阶段，还有长路要走，

但既然迈开了第一步，

中国人就绝对不会止步。

知乎用户 树大师 发表

利好新能源，把太阳能电池板铺满沙漠，然后产生淀粉，狗大户要来送钱了，沙特也能出口粮食了。

（PS：狗大户工业水平不行，可能二氧化碳不够）

知乎用户 漆黑的师兄​​ 发表

1. 这篇文章亮点除了淀粉合成以外，就是利用 AI 辅助设计合成路线，并通过实验实现。

原文是这么说的

In contrast to natural pathways that have evolved functionality and compatibility over hundreds of millions of years of selection, computationally designed pathways are often hindered by unpredictable and undesired interactions between enzymes from disparate biochemical contexts.
自然选择产生新功能可能需要数百万年，而计算机辅助设计可以将那些看起来毫不相干或无法预测的酶和反应联系起来。

作者优选了三条合成路线，最终实现了这一条。

在未来，有了这套系统，任何复杂有机物可能都会通过计算机辅助设计设计出来。这是合成生物学的巨大进步。

2. 新闻中提到该装置的淀粉合成效率，具体计算如下：

该研究中由二氧化碳合成甲醇的效率是是每 12g 催化剂支持 1 升的反应体系。每一升的反应体系，需要装备约 10.34g 各种酶，当系统稳定下来后（系统启动到第一批淀粉生产需要 11 个小时），产生淀粉的速率是的每小时 410 毫克。

按照计算，理想状况下（第一步催化剂寿命为 500 小时），1 立方米（1000 升）一年（8760 小时）可产生 3591.6 千克的淀粉。

3. 淀粉合成只是噱头，是为了制造大新闻的。只要能把二氧化碳通过简单的方式固定下来，就是巨大进步。

单就第一步将二氧化碳加氢，在无机催化剂的作用下合成甲醇，这一步也是最花钱的步骤，如果这一步合成的价格降下来，可以很便宜地成吨成吨生产甲醇，那么不管是后续合成淀粉、蛋白质还是其他，都不在话下。

如果，二氧化碳合成甲醇花费很高，那么即使是合成淀粉，也是成本极高。

该研究的第二个突破（也是限速步骤）是甲醇催化合成为中间体 DHA。

至于剩下的步骤，就比较简单了（因为都是自然界存在的酶和反应）。

4. 至于意义，比不上人工合成牛胰岛素，但算是很重要的进展。接下来就看工业界的动作了，能不能把成本降下来，技术路线优化。该种地还是得种地，植物小兄弟还是很能干的。退一万步说，就算能合成淀粉了，人就天天吃淀粉？

有人说以后火星移民可以不用种土豆了，我觉得还是土豆比较好吃。

附：

2016 年，德国的研究人员研究设计出一套合成路径，有 17 个酶构成的可在体外持续固定二氧化碳的酶反应系统，最终产物是苹果酸。

2021 年 3 月份另一篇文章也提到了二氧化碳合成甲醇

知乎用户 芝麻酱​​ 发表

牛啊牛啊，本来自然界中二氧化碳变成淀粉是通过植物光合作用，慢慢的生长累积

现在可以直接人工合成了，四舍五入相当于人造粮食啊

看到这个新闻真的很震惊，原来解决粮食问题竟然还有这种思路。传统思路都是改良品种增加亩产，想办法提高天然产淀粉的效率，万万没想到，下一步解决方案可能不局限于种地了。

这可真是，那个段子怎么说来着——方便面怎么也没想到，打败他的不是其他方便面品牌，而是外卖平台啊

我已经可以预见量产以后，超市有些食品包装上大概会标注：

「纯天然淀粉制作」

「不含人工合成淀粉」

有点魔幻

期待这一技术能尽快应用

知乎用户 岩羊 87B​ 发表

中国制造 2025：碳排放权

中国制造 2055：碳购买权

知乎用户 有 360 天了么​ 发表

对当下没什么影响。

但对未来，却是里程碑意义的。

可控核聚变是通往共产主义的大门这一判断又一次得到了支撑。

未来，只要掌握了充足的能源，人类可以跳脱生物圈继续生存。

氧气，我们从水里获取后循环。

食物，从二氧化碳获取后循环。

水，我们从太空获得原料后循环。

理论上为地外殖民补上了所有必要的环节。在月球上，利用氦 3 的核电厂一旦建立，月球殖民将不再是梦想。

知乎用户 天行两端​ 发表

这个似乎没见科幻小说写过，真感慨，技术革命总是超越想象，总能突破常人线性思维！总想着在外星种地种菜什么的，原来还可以就地取材，金星火星都有大量二氧化碳，尤其金星。

我之前幻想的科技解决粮食问题是核聚变之后，电价巨便宜，就可以不依赖土地在工厂用灯光模拟日光种地了，还是天真了，想象力贫乏了。

什么叫降维打击！这就是典型的降维打击！

中国科学家 nb

这是一次重要的洗牌，我们有望在这一领域开始制定新的规则，也是人类福音，地球承载人类数量将大幅度提高，对地球环境更是福音。

知乎用户 魏俊年​​ 发表

这是个很厉害的工作，这一系列酶的筛选和组合很漂亮，时间有限，具体就不详细讨论了。

主要是我之前一直有个思想误区被我的同事纠正过来了…

以前我会觉得二氧化碳固定这种工作，理论意义大于实际价值。毕竟淀粉实在太便宜了，稍微做一些调研就会绝望发现，你怎么做也很难干得过现代农业，工业化实现盈利在漫长的未来都看不到希望。

但是被我的同事点拨后，我发现，我格局小了…

找个能把淀粉卖出黄金价格的地方不就好了吗？

比如被困在核潜艇上，能源无限，氢和二氧化碳近乎无限，但是食物短缺，这时候就可以靠这个手段一直续航下去…

进阶版本就是火星移民时，不能带太多口粮，但是能源也许是无限的，于是可以靠这个手段实现碳循环。

知乎用户 小陈增喜​ 发表

李老师亲学生！这张照片我将吹一辈子！（虽然被化成了人类高质量男性）

贴一下这篇文章的摘要吧，大家有需要的可以康康～

来晚了，利益相关，大连化学物理研究所李灿老师课题组辣鸡研究生。贴一个李老师在群里对这件事的评价吧：

天津工业技术所与我们的合作已经有一段时间了，他们做下游的生物合成（暗反应），我们完成上游的光合成反应（光反应），合作实现了从二氧化碳和水到淀粉的人工合成过程。
这个工作是太阳能人工光合成的两个重大方向之一（绿色能源和粮食及药物合成）。我们已经早有部署，由于我们的生物基础较弱，故初期积极与生物合成基础好的单位合作。
李灿

我是做二氧化碳加氢合成乙烯的，目前李老师对于我们小组做二氧化碳转化的想法是两条路线：

1. 能量路线。主要是通过二氧化碳加氢合成甲醇，至于为什么使用甲醇可以参考乔治 • 欧拉教授的那本《甲醇经济》，简单来说就是在常温常压下甲醇储氢量为 100 kg/m3，而液氢不仅需要消耗大量的电力将纯氢冷却到 - 273℃，而且液氢的密度仅为 70 kg/m3。因此不仅甲醇的单位体积储氢量高于液氢，而且储存和运输成本也低于液氢。并且从二氧化碳加氢合成甲醇的方程式中可以得知

其ΔG＞0，而且只生成一个 H2O，这就意味着宝贵的氢能基本没有损失。相比较来看，二氧化碳甲烷化（Sabatier 反应），一个二氧化碳要与 4 个氢气分子反应， ΔG=-130.8 kJ/mol，不仅消耗了大量可用于加氢反应的氢原子，而且把高热值的氢气转化成了低热值的甲烷，造成了资源的浪费。所以在能量路线上，我们更希望能把氢能完全或者绝大部分固定下来，最大程度利用所有的氢原子。

目前二氧化碳加氢制甲醇的示范性工厂主要包括日本三井化学公司于 2009 年开发并运行了 100 吨 / 年的二氧化碳加氢合成甲醇装置，采用的是铜基催化剂；冰岛碳循环国际公司 (CRI) 开发 ETL 技术，能量来源为地热能，以及中国科学院上海高等研究院开发的二氧化碳加氢制甲醇工艺，采用的也是铜基催化剂。

这条路线目前采用我组王集杰研究员开发的 ZnZrO 催化剂，以大规模的风力发电和光伏发电作为能量来源，在兰州开了一个千吨级的示范工厂 “液态阳光” 项目。这个我做过简单的经济核算，其主要成本来自于电解水发电成本，二氧化碳捕集成本等等，但这些在可再生能源规模化应用中都将得以解决，成本电价可以做到 7 分钱 / 度。

2. 化合物路线。包括但不限于合成短链烯烃（lower olefins），乙醇，芳烃等。这主要走的是应用，但同样是基于甲醇合成的应用。

我们组的主要贡献在于将 CO2 固定为碳一化合物，也就是甲醇这一步。除了 CO2 转化以外，我组在光催化，光电催化，电催化以及储能方面发展也很快。以光解水为例，目前人们对于光解水方面存在一定的误解，其中之一就是认为光解水的效率很低。但是目前我组李仁贵老师那边已经可以做到 STH（太阳能到氢能的效率）为 4.3%，为全球最高，而＞5% 就可以做示范性工厂，＞10% 就可以工业化，因此这个成果是非常可喜的。再比如电解水，目前开发的碱性电解水制氢技术已经可以达到 4.0kW·h / 立方米氢气，这也是能工业化的非常主要的因素。

最后再贴一下李老师的原话，另外欢迎各位师弟师妹报考中国科学院大连化学物理研究所 503 李灿院士课题组！

知乎用户 neo anderson 发表

[如果人类可以靠二氧化碳充饥——共产主义还是赡养人类​mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzIwNTM2NTMyNw==&mid=2247487779&idx=1&sn=dd89854408546a5aa88ed8e5327c4320&chksm=97335803a044d115f7657e2d1996f1ca47bd040659285380ea978e11e0aefeeaf19ff914f83c&token=735365108&lang=zh_CN#rd

](https://link.zhihu.com/?target=https%3A//mp.weixin.qq.com/s%3F__biz%3DMzIwNTM2NTMyNw%3D%3D%26mid%3D2247487779%26idx%3D1%26sn%3Ddd89854408546a5aa88ed8e5327c4320%26chksm%3D97335803a044d115f7657e2d1996f1ca47bd040659285380ea978e11e0aefeeaf19ff914f83c%26token%3D735365108%26lang%3Dzh_CN%23rd)

目前唯一值得庆幸的是，这种技术还暂时停留在实验室阶段，没有进入量产阶段。

今天早上看到消息，中国科学院天津工业生物技术研究所研究员马延和带领团队，采用一种类似 “搭积木” 的方式，从头设计、构建了 11 步反应的非自然固碳与淀粉合成途径，在实验室中首次实现从二氧化碳到淀粉分子的全合成。核磁共振等检测发现，人工合成淀粉分子与天然淀粉分子的结构组成一致。

许多读者问我的观点。

我觉得人类离重大选择，又近了一步。

这个重大选择是 “共产主义还是赡养人类”。

人类历史上，发生过多次生产力的飞跃。每一次飞跃，都让我们更接近现代人。

早期渔猎采集社会，人类食物不足，人吃人。这是狭义的人吃人。

随着渔猎采集社会进入刀耕火种阶段，人类的食物相对丰富了，人类不再吃人，而是杀死俘虏，只杀不吃。

青铜器让人类从刀耕火种进入农牧社会，粮食有了基本的保障，人类不再杀死俘虏，而是把对方作为奴隶蓄养。

铁器的普及让人类的生产力更加发达，大量森林被开发成农田，人类不再蓄养奴隶，而是进入封建社会。

但是，在一些地区，还有溺死婴儿，遗弃老人，卖掉女孩，搞童养媳的现象——因为粮食不够吃。

按照收入比，清代的粮食是很贵的。道光末年陕西一石粮食（大约合今天 160 斤），大约 5 两银子。没记错的话，和太平军拼死活的湘勇每月的军饷是 5 两。160 斤粮食，能让一个青壮年，卖命一个月。这在今天是不可思议的事情。那是一个普遍营养不良，经常饿殍遍野的时代。

1828 年，德国出现合成尿素。1838 年，英国制成磷肥。人类进入石油农业时代。中国进入类似阶段在 1970 年代。

从此，吃不饱饭成为历史。记住，解决粮食问题的，不是一群骗子半夜按手印，而是工业化以后，有了两弹一星，从国外引进了大化肥。

但是，如果让所有人都能从碳水化合物自由进入蛋白质自由，目前的耕地面积还是很紧张的。

一方面粮食转化为蛋白质，转化率很低，要实现蛋白质自由，就需要远远超过现有耕地面积的耕地。

一方面并不是所有土地都适合耕种，适合耕种的土地，一般也适合建设。

人工合成淀粉，有可能突破这个极限。

那时，人工合成淀粉可以用比现在少得多的土地，提供远远多于现在粮食产量的碳水化合物。富裕出来的耕地面积，可以用于种植豆类等富含蛋白质的作物，也可以用于建设住宅。

如果，那时人类再实现了使用氮气直接制造各种氨基酸，那么人类真不再需要耕地了。

如果，再突破了可控核聚变，那么人类也不再受能源上限的束缚。

可以预期，那时的人类具备更文明的社会关系的物质条件。

人类可以获得几乎取之不尽用之不竭的能源和粮食，绝大多数的工作都可以交给 AI，AI 把人类从枯燥乏味的重复劳动中解放出来。

由于 AI 的存在，人类从事的工作，将是创造性的工作。大多数人参与工作的目的不再是为了养家糊口，而是为了完善自我、体验生命的意义。

物质极大丰富的社会，具有按需分配的可能。

这是一种发展方向，前提生产资料公有，新技术为多数人所控制，生产的目的，是满足绝大多数人的生活需要。

这是美好的幻想。

还有另外一种发展方向。

如果你控制了粮食，你就控制了所有人。

少数人控制多数的人的手段，从人身自由到土地，从土地到金钱，从未像今天这样具有威胁性。

10 年后，人工合成淀粉量产。市场上迅速出现大批极其廉价的食品。比如，合成大米几分钱一斤。

20 年后，种植粮食的农场全部倒闭，大批农民失业，城市劳动力价格迅速下降，好在食品价格下降得更快。

30 年后，化肥工业成为历史，农业机械全部停产，出现廉价的使用昆虫生产的蛋白棒。

40 年后，出现使用氮气和二氧化碳制造的人造肉。

50 年后，其他农业也全部倒闭，所有农民全部失业。

60 年后，个人即使想开垦荒地，也没有种子、化肥、农具，各国主要食品来源，由一两家公司控制。

70 年后，AI 可以承担绝大多数人类劳动，绝大多数劳动者的劳动失去价值。

80 年后，这一两家公司资助的可控核聚变成功，这一两家公司拥有取之不尽用之不竭的能源和粮食。

90 年后，这一两家公司控制各国实际权力，绝多数社会成员需要这一两家公司提供的食品和能源，却不能提供任何有价值的劳动。

100 年后，怎么处理绝大多数人类，成为这一两家公司董事会要认真考虑的问题。

继续赡养下去，还是一次性永久解决？只保留倒图钉尖的一小撮人，开始新一轮 “灭绝——进化”？

这就是《生化危机》之中，保护伞公司董事会面临的问题。

这就是多数人的噩梦。

知乎用户 谢流远​ 发表

只要能量产，并不需要核聚变。我国所有耕地一年需要的太阳能约等于我国一年总发电量。

农作物的光合作用效率大概在 2%，而且合成了大量不能吃的根茎叶，真正到能吃的部分效率不足 1%。

如果能用电能以 10% 的效率转化为淀粉，效率提高了 10 倍，那么只需要 10% 的电能就能喂饱全国人。

只要停止出口工业品，省下来的电就够吃了。

知乎用户 maomaobear​ 发表

这是中国真正需要的科技研发。

60 年前，写未来小说，就希望以后能人工制造淀粉，当时想的是人造叶绿体。

这个东西，目前成本很高，没有什么商用价值，也就是继续研发。

但是，有这个东西，在饥荒时刻，是可以解决吃饭问题的。

1961 年在收集了许多当时科学技术新成就编成的书稿《科学珍闻三百条》基础上，写成了这部作品 原名《小灵通的奇遇》取自对他影响很大的《木偶奇遇记》等童话

吃完早饭以后，我就催着小虎子按照昨天的计划，陪我去参观人造粮食厂。小燕一听说，也争着要去。于是，我们三人坐着一辆飘行车，由小虎子驾驶，直奔人造粮食厂。　

　　车子穿过市中心开向东郊。这时，正是上班时间，路上来来往往都是飘行车，天上的小型直升飞机像成群的蜻蜓飞来飞去。　

　　约摸开了七八分钟，小虎子指着前面一排排绿色的大厦说：“小灵通，那就是人造粮食厂。”　

　　一转眼，我们就来到这些绿色大厦跟前了。小虎子熟门熟路，把飘行车一直往里开。　

　　人造粮食厂真古怪：一座座厂房几乎全是绿颜色，连房子的墙壁、屋顶也都是绿色的。　

　　在这些绿色的房子之间，常常夹杂着一个个又高又大的圆形反应罐。这些反应罐是用不锈钢做的，银光闪闪非常耀眼。看上去仿佛是在一片荷叶上，洒着亮闪闪的水珠。　

　　一路上，偶尔看到几个机器人在工作，却没看见一个工人。　

　　“上哪儿去找杨老师呢？工厂这么大，找人可不容易哪！” 我对小虎子说道。　

　　“她呀，准是在总控制室。” 小虎子说，“我每次来，都在那儿找到她。”　

　　总控制室倒很好找，因为它是一座独一无二的奶黄色的房子，在这群绿色的房子中，显得格外突出。　

　　车子开近总控制室时，小虎子突然把气门加大，飘行车往上一蹿，干脆就从敞开的窗口开了进去。　

　　“唷，又是你──小虎子。” 一个留着短发、脸色红润、穿着白色工作服的阿姨说，“从窗口蹿进来的，我知道没第二个人，准是你这小调皮鬼。”　

　　我仔细一看，这阿姨很面熟，她不是别人，正是小虎子的妈妈！小虎子对我来个 “保密”，只说 “杨老师”，压根儿没提杨老师就是他妈妈，为的是到时候叫我吃一惊。　

　　“妈妈，不，不，这儿不是家里，应该叫杨老师。” 小虎子笑着说道，“今天多来了两个调皮鬼。”　

　　杨老师一见我跟小燕也从车里出来，非常高兴，就连声对我说：“欢迎，欢迎，小记者同志，欢迎你来参观我们的工厂。”　

　　我们先参观总控制室。这总控制室像一家钟表店──墙上满是一个个圆的、方的、扁的、长的仪表。另外，还闪烁着许多红红绿绿的小灯，像谁在那里放了一把焰火似的。　

　　在那些仪表旁边，写着一排排字：“人造淀粉车间”、“人造蛋白质车间”、“人造油脂车间”、“人造糖车间”、“成型车间”、“仓库”……　

　　杨老师看到我背剪着双手，昂着头，被墙上的这些字吸引住了，就拍了拍我的肩膀问：“我们的小记者，你打算采访哪个车间？”　

　　“我全都想看看。” 我顺口说道。　

　　“全都想看看？你恐怕三天三夜也看不完！” 她笑着说，“我是人造淀粉车间的车间主任，你就先到我们车间看看吧！”　

　　“行。” 我同意了。　

　　我们四个人坐进了飘行车。这一回，由杨老师坐在前面驾驶。飘行车呼的一声从门口飞了出去。　

　　“杨老师，你们的车间在哪儿呀？” 我问。　

　　“我们车间？这儿的每一座房子，都有我们车间的份儿──那些绿色的墙壁和屋顶，都是属于我们车间的。” 杨老师说，“你知道这些墙壁和屋顶，为什么都是绿色的？”　

　　我摇了摇头。　

　　“这跟植物的叶子为什么是绿色的道理一样。” 杨老师说，“在叶子里，有着绿色的叶绿素。庄稼全是仗着叶绿素这宝贝，才会制造养料。如今，在我们这儿，仿照庄稼的叶子，用透明的塑料做成墙壁和屋顶，在夹层中涂着人造叶绿素。这些人造叶绿素的本领，比天然叶绿素的本领还大。白天，有太阳光照射着；夜里，有人造小太阳灯照耀着。在这些绿颜色的墙壁中，发生‘光合作用’，制造大量的人造淀粉。像下鹅毛大雪似的往下飘，落到地下室里。然后，用管道送到人造淀粉仓库集中起来。喏，你瞧，那座拱形的房子，就是人造淀粉仓库。”　

　　说到就到，飘行车在人造淀粉仓库前面停了下来。杨老师领着我们朝里走，小虎子呢？他是这儿的常客，噔噔地抢先跑了进去。　

　　在门口，有四个一闪一闪的红字：严禁烟火。旁边，一个白色的塑料板上，还写着一行红字。当我走近时，这塑料板后面的扩音器，竟然自动地念了起来：“注意，注意，严禁穿硬底鞋进入仓库！”　

　　我连忙瞧了瞧自己的脚，幸好，穿着一双泡沫塑料凉鞋。　

　　“鞋底的硬软，跟严禁烟火有啥关系呢？” 我真不懂。　

　　“关系大着呢！” 杨老师说，“这儿是人造淀粉仓库。淀粉颗粒很小，会偶然飘散在空气中，一见火星就会燃烧，甚至会造成剧烈的爆炸。如果穿了硬底鞋，特别是那钉了铁掌的鞋，在仓库中走动，尽管地面是柔软的人造橡胶地板，但只要碰上硬东西，或者两只鞋自己相碰，就可能碰出火花来，那就会造成火灾，甚至会爆炸。”　

　　我轻轻地走进仓库，只见贮藏人造淀粉的玻璃房间一间挨着一间。在每间玻璃房间的顶上，都有一根圆圆的管道。雪白的人造淀粉，从管道里像瀑布似的倾泻下来。　

　　“这些圆管，就是从各个房子的地下室里过来的。” 杨老师说。　

　　“这些人造淀粉是用什么东西作原料制成的呢？” 我问道。沿路，我没有看见一辆运原料的汽车。　

　　“你知道，庄稼是用什么东西制造淀粉？” 杨老师反问我。　

　　“庄稼是用二氧化碳与水作原料，经过光合作用，制成淀粉的。” 我回答说。　

　　“我们制造人造淀粉的原料，跟庄稼一样，也用水与二氧化碳作原料。” 杨老师说道，“我们所用的水，来自自来水厂──用自来水管输送过来就行了；二氧化碳是炼钢厂、发电厂的废气──废气中含有二氧化碳，也用管子输送过来。这两种原料在阳光和人造叶绿素的作用下，就变成了淀粉。”　

　　“原来是这么回事，简直像在变魔术嘛。” 我这才明白，怪不得看不到一辆运输原料的汽车，因为原料是通过管道输送进来的。　

　　接着，杨老师带领我们到成型车间去参观。只见那雪白的人造淀粉，流进一台台银闪闪的成型机，在机器里打了几个滚，出来时就变成一颗颗滴溜圆、珍珠般的人造大米。　

　　“本来，这道工序没有也不要紧。” 杨老师说，“这完全是为了照顾人们吃大米的习惯，才把人造淀粉再加工成一粒粒大米。不过，成型机只会做成球形的，不会做成普通大米那样两头小、中间大──橄榄形的，所以现在大家都把人造大米叫做‘珍珠米’。”

知乎用户 阿源老师​​ 发表

我看有人问，这个能不能获得诺贝尔奖。

诺贝尔奖分为 5 大类物理、化学、医学、文学、和平，物理学奖和化学奖由瑞典皇家科学院评定，生理学或医学奖由瑞典皇家卡罗林医学院 (卡罗林斯卡学院) 评定，文学奖由瑞典文学院评定，和平奖由挪威议会选出。

这个技术感觉在化学、和平奖上都能蹭上，解决了碳的问题，也解决了粮食问题。不过能不能得，就不一定了。

（有鉴于评论区的留言补充下，我是觉得在人工合成淀粉这个技术足以被称为「对人类有巨大贡献的技术」，也就达到诺奖级别，而一个技术必然是承前启后的，但能领奖的就三个人，也有可能是基础科研的人去领，不一定是实现的人，也可能是都有）

这一点也不用太着急，每次诺贝尔奖都是评选的多年以前的事。

至于合成成本，这个是要靠技术迭代的，现在还处于实验室级别，并不能工业化（也就是降低成本、增加效率虽然也是实验追求之一，但是作为第一次成功合成的实验室产物，成本这个问题并不是首要考虑）。

作为这件事的第一步，无疑是划时代的技术。

当然以后肯定有天然淀粉、人工淀粉之分了，也就像现在说的有机一样，价格翻出去好多倍。

讲点专业的 artificial starch anabolic pathway (ASAP)，人工淀粉合成代谢途径。目前已经进化到 3 代了。

1 代是从甲醇（methanol）合成淀粉，2 代是增效 ASAP 2.0 的淀粉生产率提高了 7.6 倍。

现在 ASAP3.0 是直接从 CO2+H2 合成。

原光合作用理论能量转换效率仅为 2% 左右，目前的反应仅需要 11 步，其效率是玉米中淀粉生物合成的 8.5 倍。

按照目前的技术参数，在不考虑能量输入的情况下，一立方米生物反应器的年淀粉产量理论上相当于种植 1/3 公顷玉米的淀粉年产量。

这种技术放开了想，甚至可以作为在没有足够空气、植物的外星生存的底层技术，实现人工生态系统的碳循环。

知乎用户 笨笨熊 发表

意义重大。

我们吃的食物归根到底绝大部分都是植物通过光合作用生产的。

直接吃水稻玉米小麦土豆自然不用说；吃猪羊牛鸡鸭鱼，这些动物的肉也是它们通过吃植物转化而来。

而光合作用极简化之后，就是以绿色植物为反应平台，以太阳能为能量，经过一系列生化反应，将空气中的二氧化碳（无机碳）以及水转化为碳水化合物（有机碳）并释放氧气的过程。

其中最重要的也是限制性的因素就是这个反应平台（植物），比如数量及效率。

我们农业种粮食，本质都是为了提供光合作用的 “反应平台”。

比如保护耕地增加种植面积，是为了增加 “反应平台” 的数量；培育高产品种是为了提高 “反应平台” 的转化效率。

而搭建植物这个反应平台是个 “漫长” 且困难的过程，从播种到收获，会经历几个月到几年的时间，还会受很多非人为因素的影响，比如适宜生长的环境（温度、光照、水分、土地养分等），病虫害、自然灾害等。

-————————————–

有了这些基本的认识，科学家们就想，如果我们能人工模拟光合作用（人工提供反应平台），不就可以解决粮食（农业）问题了吗？

所以科学家们就开始模拟叶绿体的环境，各种膜系统、各种酶。但由于光合作用的过程极为复杂，人工光合作用的研究一直进展不大。

而在人工合成淀粉这个技术中，就完全跳出光合作用的路径，采用了纯工业的手段来搭建 “反应平台”。

这样，什么耕地、气候等限制因素基本都可以排除了，理论上只要原料和能量充足，在各种环境下都能稳定生产淀粉（食物）。

原料：主要是二氧化碳。大量消耗二氧化碳，是不是温室效应、全球变暖的问题也顺带缓解了？碳达峰碳中和目标也更容易了？

能量：根据文章中 1 立方米反应器相当于 5 亩玉米田淀粉产量的数据，这个能量消耗应该不小。目前估计还会是问题，但可控核聚变可以期待一下。

就像拼拼图一样，要想达到一个宏伟的目标，就需要一块一块拼上去。二氧化碳合成淀粉技术是人工合成淀粉这个拼图中的非常重要一块，这块现在先拼上去了，再等待之后其他部分的突破。

知乎用户 采臣老书生 发表

意义极其重大，说几个：

1 可以重建碳循环

生物圈任何生物质—（燃烧）—二氧化碳—（合成）—淀粉—（饲养生物）—新的生物质。

2 无需光合作用生存

使人类可以在没有光的地方长期生存，比如：地底，深海底，太空，其他星球。

3 改造火星金星

火星和金星都有大量二氧化碳，合成淀粉可以供应地球生物长期生存，形成新的生态系统，改造环境。特别是金星，降低二氧化碳浓度会给金星降温，未来金星有可能比火星更适合移民。

知乎用户 甄昊元​ 发表

技术很牛逼。如果能解决成本问题，那么接下来的话题就是：

[

中国科学家发明二氧化碳工业制备淀粉技术，会给人类带来哪些变化

甄昊元的视频

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](https://www.zhihu.com/zvideo/1424733577796259840)

1. 距离让美国农民都破产还有多远？
2. 人类不需要在碳水和肉之间做艰难的取舍了，碳水管够，当然，肉也管够。
3. 工业大国会成为食物出口大国，而且，工业大国碳排放贼低。
4. 全球碳交易的主要买家会是某制造业大国，印度你坐下。
5. 中国农民会转行做花样繁多的碳水食物制作和直播销售网红。
6. 包装食品的价格不会大幅下降。因为包装食品（如薯片等）主要成本是包装而不是淀粉。
7. 农民会转向养殖业。
8. 鸡肉在全民饮食结构中占比下降，牛肉占比上升（因为饲料来源提高，料肉比因素影响下降）。
9. 造纸业等依赖工业淀粉领域欢呼。
10. 防洪压力降低。传统行洪区人口会迁移，行洪区农地退还为自然湿地。
11. 全球人口大爆发。人口总额向 200 亿迈进。非洲、中东会新增大量千万级人口城市。第一个人口 5000 万人口的城市会出现在非洲。
12. 传染病大爆发可能性提高。如果新出现新冠级别的类似疫情，在高密度地球死亡人数可能达到三年 1 亿人水平。
13. 流浪地球不用吃蚯蚓干了，淀粉管够。
14. 酒精饮料消耗量进一步提高。
15. 大量农地废弃，十八亿亩红线不再重要。
16. 房地产用地大释放，中国人均大豪斯。
17. 中国和全球房地产业迎来高潮。
18. 这波利好恒大。买进。

知乎用户 邓德全说书​ 发表

最近我国相关基础性科技象全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）、二氧化碳人工合成淀粉技术等这样的黑科技相续取得突破。

就对比看看类似这样的黑科技的在历史中的作用。

首先黑科技是可以逆转经济周期的变量技术科学技术的发展。

科技的发展首先会提高生产力，让采取新工艺的企业利润增加，随着企业利润增加自然对类似新工业的投资也会增加，这样经济就繁荣起来。

比如 19 世纪后期，安德鲁 · 卡内基从欧洲引进最新的钢铁生产技术，在美国使用大工业方式生产钢铁取得了惊人的利润，旋即引发了美国钢铁工业的大爆发，大批资金涌入钢铁行业，匹兹堡成为世界钢铁之都。

同时科技的发展需要烧钱，在正常的资本主义生产中，资本家总比劳动者有优势，但是在运气这个由上帝决定的范畴内，他们的优势就没有了。

研发一项又一项的科技成果并且让他们应用到生产中的过程，会花很多的钱。一大批不断烧钱的初创企业最终只能有不到百分之一的赚回投资，比如特拉斯烧掉投资人几百个亿，但是在这个烧钱的过程中，他需要雇佣人员、添置设备、建造实验室，这些都会创造就业。科技进步就意味着 100 个资本家中有 99 个会在这个过程中亏本，一个赚到大钱。这个 99 个资本家亏本的过程，就是平衡投资和有效需求的巧妙过程。

我们都在知道的是世界经济从 1929 年美国股市暴跌之后到二战之前，一直处于低迷状态，被称为 “大萧条”。

不过大部分人不清楚的而是，在这个大萧条中世界上是有一个 “小阳春” 的，那就是在 1936 到 1939 年，整个世界经济都呈现出明显的回升迹象。这轮经济复苏的推动力就是科技，来自航空和电子行业的大笔投资，导致了经济复苏。

比如说美国今天的富有主要是来自于三方面的因素，二战红利、全球霸权、以及上世纪后半叶美国在科技教育上的大手笔投入，这些东西都要靠全体美国人纳税和服兵役来获得，但是最后摘取这些果实的是来自华尔街和硅谷的少数人。

历史上在德国覆灭的最后两年里，出现了很多全新理念的武器系统，包括在意大利海岸使用的最早的空投制导炸弹、v1 和 v2 系列导弹，以及后来最早的反坦克导弹等等。

这些武器的诞生并不是帝国覆灭时的回光返照，很多新概念武器的研发比如火箭和制导系统的工作实际上在 30 年代后期就已经开始了，作为资源有限的德国对自己的战略地位一直不放心，所以长期以来都渴望能够拥有一些颠覆性的黑科技来弥补自己可能在武器数量的上的劣势，这也是德国一直支持一些五花八门的新式设计的原因。

不过在 1940 年德国战胜法国之后，希特勒错误地认为战争已经接近结束，所以下令结束这些项目，以便把资金和人才集中到传统装备的研发上，导致了两年的空白期，而当希特勒重新把这些新概念武器当做自己的救命稻草时，想要恢复研发又是一个很麻烦的事情，因为当初大量的工程师已经加入了其他项目的研究，想要重建团队本身就是一件很难的事情。

如果没有这次波折，也许这些黑科技武器真的能在二战的最后几年为德国多赢得几分胜算也说不定的，比如德国的制导炸弹在地中海区域就给与盟国的海军以极大恐慌。.

但是从另一方面说，当时的英国在高科技领域，却一直处于顶尖的的地位，完全可以德美比肩，而且最重要的是，他们的高科技人才集中在一个很小的社会圈子内部，如果说可以转化为大规模生产的武器装备可能会有困难，但是只要不是大规模批量生产，就是另一回事。德国战败的一个原因就是如此，也许当时的大英帝国已经逐渐没落了，但是他们的精英阶级却依然非常强大，并且和大洋另一面的美国精英阶级有着紧密的联系，他们依然有能力和有方法，迎击纳粹狂潮的到来。

比如 雷达诞生的故事，源于一次英国对黑科技的尝试。

到了 20 世纪 30 年代时，英国工业技术已经远远不能和德国媲美，因为高水平的工业需要大量训练有素的技术工人，和高水平的工程师队伍。这些都是英国不具备的，同时也是英国的社会制度无法容忍的。但是最尖端的科学研究方面，英国却一点也不落后于德国，甚至很多方面都略占领先。

1864 年, 英国人麦克斯韦建立了电磁理论的基本公式, 出版了《电磁场动力学》, 拉开了人类对电磁波 (无线电波) 认识和应用的序幕。1895 年，马可尼发明了无线电通信设备，（或者说，马可尼在他富有的英国生意伙伴的帮助下打赢了专利官司），无线电开始应用在通信和广播领域。

到了 1933 年，德国纳粹上台后，开始建造庞大的空军，为了应对这种危险，英国军方提出了一种 “黑科技”——“死亡射线”。把超强的电磁波发射到一点，然后它就会让德国飞机电子系统烧毁，飞行员神经错乱，甚至发动机由于电气故障停机，这样就可以轻易击落来袭的飞机。

不过经过一段时间的研究，最后得出的结论是，以目前的科学水平，还不能把如此强大的电磁波发射出去，不过项目参与的首席科学家提出了替代方案，把用电磁波杀伤敌机，转化为用电磁波探测敌机。

1935 年 6 月，实验成功，成功地利用位于达文特里的 BBC 短波广播站无线电波, 探测到 8 英里外飞行的 “黑福德’‘双翼轰炸机。然后开始在英国海岸线上建造了大量雷达基站。最早期的雷达基站是固定的，发射天线高达 120m，接收天线的高度是 80 米。看起来很高大，但是以但是的投弹精度，除非是斯图卡在超低空投弹，不然在空军轰炸时，直接这些天线却不容易。

这样的一个结果是，如果按照传统的方式，和德国比赛制造飞机和高射炮，英国肯定无法占据优势，所以英国试图通过发挥自己在尖端科技上的优势，集中力量研发一两项可以逆转战局的黑科技。

其中一项就是上面提到的用来破译 “哑谜” 的图灵计算机。另一项则比较曲折。

在 1943 年下半年之后，德国海军中部和邓尼茨发现了一个严重的问题，那就是只要德国潜艇以集群形式在某个海区设伏，那么很快就会有大批英美反潜飞机到来。

最开始的时候，邓尼茨一度下令使用潜艇上的高射炮进行反击，刚开始还非常奏效，因为狼群们互相用火力支持形成防空炮火列阵，而笨重的水上飞机在这种火力下频频被击伤击落，德国军备部门甚至还专门为潜水艇开发了一些新的防空武器系统。

但是很快盟军就派出综合性的反潜作战部队，除了大型水上飞机还有航母搭载着的小型俯冲轰炸机和驱逐舰来助阵。当德国潜艇部队几次遭遇重创之后，邓尼茨不得不下令缩小潜艇群的规模，或者干脆转为单舰游猎。

毫无疑问的是，德国认为这必然是英美掌握了某种可以远距离侦查到德国潜艇的方法，德国海军认为最可能的方式是无线电定向技术，于是加紧了反制的技术研发，在战争的后期，产生了的两项黑科技——长波电台和猝发通信技术。

长波电台和猝发通信技术至今依然是现代潜艇部队包括战略核打击潜艇部队的标配技术，而德国人在二战末期就能够开发出这两项黑科技实在令人赞叹。

不过奇怪的是，德国人宁愿相信子午须有的英国无线电侧向和雷达技术的突破，而不愿意去思考恩格尔密码机被破译的问题，尤其是经历了在阿拉曼和突尼斯战役中，德国本来就有很多机会重新审视他们的无线电技术的安全性，这固然是德国人的死脑筋在作怪，不过从另一方面来说，英国人能够在 1940 年就破译德国的恩格尔密码机确实是一项很难让人相信的奇迹。

知乎用户 俗不可耐 发表

科学到应用的路还很长，但是一般人一看到科学突破就开始浮想联翩。

就这个成果目前说它有什么重大影响还为时尚早。

从科学到应用之间还隔着技术，工艺，和成本控制。

许多科学成果在转化成应用的时候往往会遇到巨大的瓶颈。比如说可控核聚变，其实五六十年前理论就被提出了。那个时候的人无比乐观，觉得也就五十年人类就能掌握可控核聚变了。

但是真的研究下去会发现，稳定可控长期放电需要的技术太多！五十年后又五十年，今天都不知道可控核聚变何时能商业化。至于改变世界，无从谈起。

这个二氧化碳合成淀粉的成果，虽然很振奋人心。但是距离真正改变人类社会可能还有不小的距离。比如如何大规模低成本地合成反应所需的生物酶？比如生产淀粉所需消耗的能量到底有多少，是否能降低到一个比种植更便宜的状态？

总之，目前还只能谨慎地乐观。罗马不是一日建成的，科研成果其实极少能立刻带来巨大改变，都是要等许多相关的成果都成熟以后才可能真正带来巨大改变。比如鼠标，要知道鼠标发明者可是一分钱专利费都没有赚到，因为等到第一台苹果电脑问世的时候，专利保护期早就过了。

当然我大致看了一下这个成果，学术科研上的价值其实非常高。其实在学术上的影响会更大。

知乎用户 西门豹的精神门徒​ 发表

可控核聚变和合成食品技术是人类未来最重要的技术。

这可是碾压马斯克的回收火箭的技术。

而且大部分科幻作家都不敢写的内容。

直接合成成淀粉。领诺奖都算给面子给外国人。

就差可控核聚变，搞定核聚变发动机推进技术后，

旋转产生重重力的核聚变飞船装上合成食物机，

太阳系时代就到来了，整个太阳系都是人类乐园，甚至可以进行跨恒星殖民。

你说合成淀粉技术牛逼不？

真没想到我们科学家那么给力。居然在核聚变电站搞定前搞定合成食品。

未来

我们中国就是人类灯塔。

知乎用户 一直住顶楼 发表

这个描述看起来放在诺贝尔级别突破里面都排在前面的。

有改变世界的潜力啊，以后结合太阳能，沙漠变粮仓了？

知乎用户 Corbicula​ 发表

谢邀。

详细的科学原理的点评其他答主已经写得很到位了。

简单来说，这项研究的意义在于对无细胞生化工业有巨大的积极推动作用。

人类收集的可以用于工业应用的高浓度二氧化碳来自工业生产，而不是西北风，主要就是化石能源的燃烧。化石能源里的碳过去排放就排放了，进入大气，植物无法固定那么多，造成大气二氧化碳浓度不断上升，全球变暖。化学固定二氧化碳这些年是个研究热点，就是二氧化碳不需要排放到大气，直接固定下来。比如二氧化碳固定为甲醇，最近连续几年不断有新的突破。

甲醇本身是有工业价值的，但是用二氧化碳固定这个来源不划算。如何把甲醇再转化为其它高价值有机物，以提高人工固碳的技术价值。就成了问题，这个时候无细胞生化反应是一个路子。就是把细胞拆开，把需要的酶分离出来，经过重组、优化重新设计一个新的、不依赖细胞框架的生化反应的途径和场景。这种新途径可以把甲醇转化为高价值产品，比如生物体可以消化利用作机体能源的淀粉。

因此在我看来，这项成就在应用上的意义，是把化石能源转化为潜在食物，利好国际油价。

无细胞生化工业不能说过去没有，但是规模化应用的都非常简单。实验室里一些看起来很 “魔法” 的成果只能在实验室里玩，比如隔壁实验室一个智利小哥，把一些核酸和酶兑一兑，就能制造出生物塑料，但成本很高。

当然，生化工业的潜力，那是非常大的，大家中学可能都学过，酶这个东西的催化能力不得了，难在如何创造一个能让酶释放出其能力的反应环境，设计出能和细胞媲美的无细胞体系往往是很难的。是用人类的理性力量去比以亿年为单位打磨出来的生物演化结果。

这个领域现在确实需要一些能够生产高价值产品的技术出现，特别是有新闻性的重大突破去吸引产业界、投资界的注意，加速科研投入和转化，促进工业化。如果能大发展起来，拔高一点儿说是人类工业文明的一个新阶段。如果再结合近些年发展迅速的蛋白质理性设计、定向进化（让酶主动适应人工环境和催化目的），说人类工业看到了希望进入 “生化时代” 应该不过分吧。人类在科幻电影安排那种冒着绿光的大生化反应容器有些年头了，但今天仍然在为进入生化工业时代努力。

知乎用户 鱼头好吃鱼尾好吃 发表

节省 90% 的水！用太阳能！

如果将太阳工厂的利润也折算进去，10 年滩下来的成本能和现在黄土高原中等贫瘠的农田相当的话，那么草原和戈壁产粮就变得完全可以接受了。

可以想象一下，30 年后，青海附近的高原草原，利用丰富的水力和太阳能，工业生产淀粉，顺江而下给黄河长江中下游提供工业原材料。

内蒙古风电光电下的工业淀粉，让牧业成本可以媲美澳大利亚新西兰。

新疆西部将成为真正的亚洲中心，工业淀粉解决周边国家的温饱和牛羊的饲料。成为周边国家 GDP 的必须上游资源。

云贵高原也可以利用丰富的水电制造淀粉，并顺江而下供给东南亚。

当然，雅鲁藏布江，也能做到这一点。那时候，给藏南补给的成本大幅下降。

知乎用户 邓铂鋆 发表

当下跟双黄连体外试验杀死新冠差不多。未来应该是超越人工合成胰岛素的伟大发明。

朋友下载了论文，我才带专学历，没看懂。直接洗稿群聊：

1，是酶化学，不是全化学合成。酶很贵，而且反应条件异常苛刻，反应温度可能相差一两摄氏度就不行了。如果是全化学合成，或许可以通过加大投料、提高反应温度和反应装置压力等方式提高反应速率。酶化学就没得搞了。

2，反应需要二氧化碳和氢气。氢气在当前很贵且存在储运难度。或许第一个商业化示范产线可以找个排放二氧化碳和废氢的化工厂就近取材。但是大规模应用的阶段必须解决氢气来源问题。

3，“能源充足” 基本上是个伪命题。假如能源充足，我们可以直接从空气中提炼石油。

纳布 · 格拉姆 (1826-1901)，比利时 • 法国发明家，1870 年发明工业用电动机，被称为“电动机之父”。传说，当格拉姆向巴黎上流社会展示自己的发明时，一位贵妇不怀好意的发问：“请问您的发明能做些什么呢？” 工人出身、学历不高的格拉姆不卑不亢的说道：“夫人，请问一个刚出生的婴儿能做些什么呢？”

知乎用户 观星老道​ 发表

如图：

知乎用户 空一格 发表

技术细节不懂。貌似在特殊场合下有一定用处。

资本发现了新处女地盛宴的感觉。

1、反对转基因。

2、所以，也反对合成淀粉进入人类食品链。

3，反对放卫星。媒体跟着瞎起哄。

4、在 mRNA 技术成熟前，反对大规模推广 mRNA 疫苗。

5、继续坚持 18 亿亩红线。

6、宁吃地里一口草，不吃反应皿里一块肉。

知乎用户 每日经济新闻​ 发表

惊艳全球！中国科学家重大突破，“空气变面条” 成现实！再也不担心耕地和粮食不够了？网友：不知口感怎么样

二氧化碳能合成淀粉吗？对这个貌似天方夜谭的问题，中国科学家给出了肯定和详细的答案。

以二氧化碳为原料，不依赖植物光合作用，直接人工合成淀粉——我国科学家在实验室里首次实现二氧化碳到淀粉的从头合成，成果北京时间 24 日由国际学术期刊《科学》发表。

淀粉是粮食最主要的成分，通常由农作物通过自然光合作用固定二氧化碳生产。自然界的淀粉合成与积累，涉及 60 余步生化反应以及复杂的生理调控。中国科学院天津工业生物技术研究所研究员马延和带领团队，采用一种类似 “搭积木” 的方式，从头设计、构建了 11 步反应的非自然固碳与淀粉合成途径，在实验室中首次实现从二氧化碳到淀粉分子的全合成。

实验室初步测试显示，人工合成淀粉的效率约为传统农业生产淀粉的 8.5 倍。不过，这一成果目前尚处于实验室阶段，离实际应用还有距离。

该消息一度冲上知乎全站热度第一名。在微博上讨论也十分热闹，有网友表示：好吃吗？

也有不少网友关注成本问题。

实现二氧化碳到淀粉从头合成

据中国科学报，9 月 24 日，《科学》刊发中国科学院天津工业生物技术研究所在淀粉人工合成方面取得的重大突破性进展。该研究在国际上首次实现了二氧化碳到淀粉的从头合成。

淀粉是粮食最主要的成分，也是重要的工业原料。中国科学院副院长、中国科学院院士周琪表示，当今世界正面临全球气候变化、粮食安全、能源资源短缺、生态环境污染等一系列重大挑战，科技创新已成为重塑世界格局、创造人类美好未来的关键因素。

二氧化碳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。

论文通讯作者，天津工业生物所所长、研究员马延和介绍，天津工业生物所从头设计了 11 步主反应的非自然二氧化碳固定与淀粉合成新途径，在实验室中首次实现了从二氧化碳到淀粉分子的全合成。

研究团队采用了一种类似 “搭积木” 的方式，联合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化合物，再进一步合成直链和支链淀粉。

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，向实现设计自然、超越自然的目标迈进了一大步，为创建新功能的生物系统提供了新的科学基础。

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。

“如果人工合成淀粉示范可以达到理论能量转换效率的 80%，那么 10 度电大约可以合成 1 公斤淀粉。” 论文通信作者、天津工生所所长马延和表示。

按照目前的技术参数推算，理论上 1 立方米大小的生物反应器年产量，相当于我国 5 亩土地玉米种植的淀粉年平均产量。

根据农业农村部市场预警专家委员会的预测，2021-2022 年度，中国玉米种植面积约 6.40 亿亩（中国耕地总面积 18.5 亿亩，小编注），较上年度增加 2109 万亩，增长 3.4%；预计玉米总产量 2.72 亿吨，比上年度增长 4.3%。

国内外领域专家评价认为，该成果是 “典型的 0 到 1 原创性突破”，“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”；“将给下一代生物制造和农业生产带来变革性影响”。

人工合成淀粉是什么味道？

“如果把人工合成淀粉做成面条、粉丝，大概会像意大利面那样劲道。” 马延和表示，自然淀粉是直链淀粉和支链淀粉混在一起，目前实验室里合成的主要是直链淀粉，合成的支链淀粉没有自然淀粉中的支链淀粉那么复杂。

“在外观上，人工合成淀粉跟从玉米、薯类等农作物中提纯出来的淀粉看起来是一样的。” 蔡韬说，实验室里通过人工合成产生的淀粉处于溶解状态，“是比较稀的淀粉糊糊，干燥后会变成粉状”。

科研人员对淀粉的基本判断方法是在溶液中加碘液，直链淀粉遇碘呈蓝色，支链淀粉遇碘呈紫红色。此外，他们还专门对合成物进行了理化分析。“通过核磁共振等检测，它和自然生产的淀粉一模一样。” 蔡韬说。

中科院副院长周琪说，成果目前尚处于实验室阶段，离实际应用还有距离，后续需尽快实现从 “0 到 1” 概念突破到 “1 到 10” 的转换。

据了解，经科技部批准，天津工业生物所正在牵头建设国家合成生物技术创新中心。科研团队的下一步目标，一方面是继续攻克淀粉合成人工生物系统的设计、调控等底层科学难题，另一方面要推动成果走向产业应用，未来让人工合成淀粉的经济可行性接近农业种植。

编辑 | 卢祥勇 杜恒峰

校对 | 孙志成

每日经济新闻综合自新华社、中国科学报

知乎用户 光谷大道东 发表

跑步迈进共产主义！

英特纳雄耐尔一定要实现！

当全世界的人都不担心饿肚子的时候，社会会发展成什么样子呢？好期待呀。

我还年轻，等我 2071 年再来更新这个答案。

知乎用户 王克丹​​ 发表

作为外行，谈点自己关注的两个关键词：直接工业化潜力、转化效率

1、间接工业化到直接工业化

人类生产力极大提升很大程度上来源于工业化，现在人们的生活质量也很大程度上来依赖工业产品呢，小到耳勺指甲刀，大到汽车飞机，日常用的家电，都是工业品。通过标准化流程生产商品，特点是产能大、效率高。但人们生存的最基本要素之一的粮食，现在只能通过间接工业化来增加产能，比如肥料的应用，肥料本身是工业品，结合育种技术，极大的增加了亩产水平，其它的工业品参与播种收割农药等等，都是工业化助产的表现，但最终粮食仍然要靠自然光合作用方法来合成。

肥料发挥作用主要的三种元素，氮磷钾，N 还好说，主要来源于大气，可以用水煤气方法合成氨，而磷和钾主要靠矿产，矿产的问题就在于和石油一样，总有挖完的一天。届时如果间接工业无法维持肥料供应，粮食产能就会受限，对全球来说粮食问题可不是小问题，我国钾矿储量仅占全球探明的 2.5% 左右，对进口依赖度极强，有些东西平时看起来不起眼，但关键时候也是战略物资，比如我国的稀土，肉眼可见的未来也并没有想象中的那么遥远。

而糖是人体的主要能量来源，饮食结构中至少现在主要还是粮食提供，但现在的供应并没有做到直接工业化，间接工业化的终归有土地和其他条件的限制。如果存在直接工业化方法，不再依赖光合作用将二氧化碳转化为糖，就是直接工业化对基本食品供应的革新。还是两个特点：产能大、效率高，粮食供应原则上不再是问题。直接工业化可复制性极强，在原材料 (如二氧化碳) 供应充足的时候，你一个厂的产出为 1 万吨，那么扩建十倍之后理论上可以实现 10 万吨的产能，且相比于土地通过植物间接合成糖，所需的空间可以成百倍、千倍、万倍的收缩，产能的上限同样的可以根据产线的增加而近线性的增加，这就是直接工业化的潜力。

2. 转化效率

世界上有很多极其高端的科技创新，比如超导，从发现超导到现在 100 多年了，也是物理研究领域中授予诺贝尔物理奖最多的方向，现在的应用场景依旧非常有限，理论上如果现在的诸多输电网络都换成超导，那么可节省的能源不可估量。但事实上涉及到一个问题，就是现阶段维持超导所需的能量远大于你节省的能量，因为超导都需要低温环境，即便所说的高温超导也多数需要液氮环境来维持超导状态，根据熵增加原理，维持这种稳定状态需要极大的能量消耗，这就导致了你节省的能量远低于维持状态所需的消耗，就决定了超导只能在非常特殊的案例上使用，往往这类应用场景不怎么在意成本。

这项技术同样面临如何把技术从实验室搬到实际应用场景和产业化的问题，合成是否需要大量的精细环境支撑，能源使用效率如何，原材料转化效率如何，所需酶的寿命和消耗与产出之间的比值问题，都是未来需要探索和改进的问题，当然也是绝大多数高精尖技术产业化都必须要走的路。直接工业化和间接工业化之间有一个过渡区，也是大家耳熟能详的无土栽培技术，技术上原则上都是没问题的，至今的应用案例也是非常有限，原因还是集中在投入产出比上面，不能投入 100 块只有 10 块钱的收益。

总结起来，相关合成技术的突破给粮食供应和碳中和提供了一个非常具有潜力的技术路线，把粮食相关的间接工业化推向直接工业化，技术带来的产能和效益上限无法估量，成就极大。同时应该意识到技术突破和产业化之间往往是万里长征的第一步，后续有非常多的环节需要突破，投入产出比是核心问题，如何把技术从实验室搬向产业化厂房是高精尖技术最终要翻越的大山，毕竟真正的科技创新总是要回馈到社会经济发展才能发挥最大的作用。

知乎用户 爱生活呀 发表

我认识一位清华大学研究无细胞合成领域的教授

他将这个研究评价为 “生物合成领域的里程碑式的突破进展”

知乎用户 夜半城厢 发表

在充足能量供给的条件下，按照目前技术参数，理论上 1 立方米大小的生物反应器年产淀粉量相当于我国 5 亩玉米地的年产淀粉量。

这意味着一个占地不大的工厂产生的淀粉，相当于上万亩玉米的淀粉产量。

这才是突破中的突破。

知乎用户 半枝莲 发表

一些回答提到 NASA 大奖的杨培东华人科学家团队合成糖的研究，认为中国这个工作比美国落后（更有甚者說是騙局見文末更新），我查了下转相关比较来参考，最后给了个人总结，太长不看的可以直接拉到最后。不是该专业，希望更多内行来评论分享一下中国工作的原创与突破点（题外话，杨是蘇州人，中科大毕业，目前是美国籍，或许过几十年更多科研领域有乒乓球化趋势，哈哈）：

不依赖植物光合作用、人工合成碳水化合物，一直是世界各国科学家的梦想。此前，华人科学家杨培东曾带领团队利用聚糖反应成功将二氧化碳转化为多种单糖混合物。

“但是，他们还尚未实现复杂碳水化合物的人工定向合成。” 天津工业生物所副研究员蔡韬说：“也就是说，他们的路线方法合成的是多种简单糖类化合物的混合物，还很难定向到其中的一种。”

淀粉高效人工合成的挑战主要来自低密度太阳能到高密度电能和氢能，低浓度二氧化碳到高浓度二氧化碳，以及复杂合成途径到简单合成途径 3 个方面。此前，在众多科研人员的努力下，前两个问题已基本得到了解决。

“这次，我们主要在人工合成途径构建方面实现了跨越式突破。” 马延和说。

他介绍，一是跨越了人工途径进化的鸿沟。克服了不同来源、不同遗传背景的生物酶之间热力学与动力学不匹配等瓶颈，二氧化碳到淀粉的碳转化速率和效率显著提升；二是跨越了从虚拟到现实的鸿沟。团队用计算机可以设计出很多条合成途径，通过各种模块的组装和适配，最终筛选出了符合条件的路径，实现了人工淀粉合成。

“经过分析鉴定，我们合成的淀粉样品无论成分还是理化性质，都和自然生产的淀粉一模一样。” 蔡韬说。

“全球以淀粉为原料的产品大约有 3 万多种，我们如何找到更廉价、更大量的替代淀粉？这项研究已经迈出了重要一步。” 未参与此项研究工作的中国工程院院士岳国君评论说。

“我们的整体设计思路是将热电厂和水泥厂排放的高浓度二氧化碳分离出来作为原料，将低密度太阳能转化为高密度电 / 氢能作为能源，形成简单的碳氢化合物，然后设计出从碳氢化合物到淀粉的生物合成过程。” 蔡韬说。

　　早在 2015 年，科研团队就确定了这一设计思路。此后 6 年里，在二氧化碳电 / 氢转化甲醇技术基础上，科研团队一直在摸索从碳氢化合物到淀粉的生物合成路径。

　　“淀粉是一种复杂有机物，它的合成也是一个复杂过程，我们要将其变成一个简单过程。” 蔡韬说。

　　最初，他们在从二氧化碳到淀粉的 6568 个生化反应中，计算出了一条最短的合成途径。这条途径共有 11 步主反应，大致是先做化学反应——利用高密度电 / 氢能将二氧化碳还原为碳一化合物，再做生物反应——将碳一化合物聚合为碳三化合物、碳六化合物（即葡萄糖）直至长链淀粉分子。

　　但这只是一条理论的虚拟途径，科研团队必须在现实中把这条路走通。“计算出来的途径中，很多酶的组合在现实中从来没有出现过。”蔡韬说，不同的酶 “脾气秉性” 不同，它们组合在一起之后会产生一些不可控的问题。

　　例如，生物合成的第一步是要从碳一化合物合成出碳三化合物，而此前国内外的研究成果一直存在合成产物不可控的问题，从碳一化合物可能会生成碳二、碳三、碳四化合物甚至更多碳的碳氢化合物。于是，他们从头设计碳碳缩合酶新序列，创建出了非自然的碳碳缩合酶，以促成从碳一化合物到碳三化合物的聚合，最终成功实现了从甲醛到 2—羟基丙酮的可控生化反应。

　　与此同时，他们还进一步改造来自动物、植物、微生物等不同物种的生物酶催化剂，构建从 2—羟基丙酮到葡萄糖异生代谢、多糖聚合功能模块，组装复杂的生化级联反应体系，通过蛋白别构调控改造、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。

　　经过各种优化，科研团队成功将从二氧化碳到淀粉的合成途径简化至 11 步，并实现了精准调控。“如果人工合成淀粉示范可以达到理论能量转换效率的 80%，那么 10 度电大约可以合成 1 千克淀粉。” 马延和说。蔡韬表示，科研团队已经迈出了第一步，即从理解细胞的基础代谢原理到设计细胞外生物化学反应途径。接下来，他们还要建立从二氧化碳到淀粉的可控网络和生态系统，并尝试在细胞内实现淀粉的人工合成。

　　产业化也是他们努力的方向。“我们计划在未来 5 至 10 年内，建立工业示范，以工业尾气为原料，利用光伏等可再生电源分解水提供氢气，在化学反应器中进行二氧化碳高效还原，在生物反应装置中合成淀粉。” 马延和说。

蔡韬：第一次成功合成淀粉是在 2018 年 7 月 24 日。记得当时是在参加项目的进展研讨会，看到 “淀粉蓝” 的照片的时候，心情非常激动！当时就马上和工作人员确定了合成的具体条件，排除假阳性出现的可能性，然后就是安排不同的人员重复合成淀粉的工作。确定实现碳一化合物到淀粉的人工合成后，其实也可以投稿发文章了，但是我们还是更加看重实用性，就着手提高人工淀粉的合成效率，**在后续的两年多的时间里将合成效率提高 100 多倍。**在研究过程中，我们遇到的最大的难题就是如何让不同来源的酶元件按照设计的路径在一起有效工作，我们为此测试了不同来源的酶元件，设计、改造了多个酶基因，做了上百种不同的组合测试。

特别是在构建淀粉人工合成途径 1.0 时，我们用了近三年的时间才实现碳一化合物到淀粉的人工合成，**在这之前，从来没有研究证明设计人工途径合成淀粉是可行的，**在成功之前，我们最常问自己的问题就是这条路真的可行吗？当 1.0 版本构建成功后，我们非常有信心人工合成淀粉是可行的。然而，在项目进行了两年半的时候，我们曾经怀疑过这条设计的路线，但从来没有想过放弃人工合成淀粉的工作。

关于杨培东华人团队的研究介绍：

杨培东团队一直在研究一种结合细菌和纳米线的混合系统，该系统可以捕获阳光的能量，将二氧化碳和水转化为有机分子，该系统的工作原理类似于光合作用。植物自然利用光合作用将二氧化碳和水转化为碳化合物，主要是糖和碳水化合物。然而，植物的效率相当低，通常将不到百分之二的太阳能转化为碳化合物。杨的系统可与最能将二氧化碳转化为糖的植物甘蔗（效率为 4-5%）相媲美。

NASA 挑战赛（非生物过程）：利用 CO2 来制造糖

NASA 的竞赛指定了一种非生物过程来制造糖，因为目标是将糖——理想情况下是葡萄糖，一种具有六个碳的糖——喂给微生物，以便太空探索者或行星定居者可以生物制造有机分子，如食物、生物塑料和药品。

受生命起源的关键化学反应（巴特勒夫反应：使用石灰将不同的化合物甲醛转化为各种类型的糖）的启发，最终找到了解决方案。该反应一度被认为是通过缩合和加成单独的甲醛形成糖来进行的，但反应的第一步——甲醛转化为乙醇醛——以无法检测的速度发生，机制不确定。杨培东团队发现，加入一点乙醇醛会启动巴特勒夫反应，就像自动催化剂一样，产生糖。

由于甲醛和乙醇醛都是碳、氢和氧原子的短链，杨培东团队开始思考：“这些化学物质是否可以直接由二氧化碳制成，然后进入巴特勒夫反应生成糖？” 在深空或火星应用中，一切都必须是电化学的，因为可以通过太阳能电池板为其供电（杨培东团队曾用硅纳米线收集太阳能）。杨培东团队证明了一种仅涉及电、铜纳米粒子作为催化剂和水中的二氧化碳的电化学过程，可以产生可用于巴特勒夫反应的乙醇醛。在太空中，电力将由太阳能提供。

目前，乙醇醛是其电化学过程的次要产物，但幸运的是，在巴特勒夫反应中只需要痕量。所需的主要成分是甲醛。一旦掌握了这些化学物质，巴特勒夫反应就可以非常有效地将所有碳原子转化为含糖碳。杨培东团队使用不同的催化剂，也可以从 CO2 电化学生成甲醛。在比赛中，该团队证明了使用甲醛的巴特勒夫反应（可能来自热化学 CO2 固定）和来自 CO2 电合成的乙醇醛，在大约四小时内生成糖类——从三碳糖到八碳糖。

这次团队所发明方法的亮点不在于巴特勒夫化学反应本身，而在于采用电化学方法把二氧化碳还原成甲醛和乙醇醛，然后再让甲醛和乙醇醛通过巴特勒夫反应生成糖。

该研究还借鉴了大自然启发的级联路径的思路，所谓级联就是一步跟着一步。在杨培东团队设计的方案中，先是在第一个反应中采用电化学方式，把二氧化碳还原成甲醛跟乙醇醛，这是第一个级联路径；然后借助巴特勒夫反应，从上一步的二氧化碳电还原到两个中间体，两个中间体再通过巴特勒夫反应把它变成糖，这便是第二个级联路径。事实上，大自然界当中的很多二氧化碳还原，譬如光合作用，都是级联反应。

关于二氧化碳转化为三碳到八碳糖的转化结果，他坦言这一结果还能更好。**最佳情况是要能有选择性地做出一种专一的糖分子，从化学角度来看，一旦没有选择性，就不是一个完美的化学反应。**当然尽管不够完美，但已经是在给更多外太空可能性做准备。

个人总结：两者差异如同研究员自己所说，杨的工作没有实现定向选择即使是简单糖，中国的工作意义主要是首次**实现复杂碳水化合物的人工定向合成。 中國的工作並非是錦上添花的跟風，而是另闢蹊徑的原創。**如果這個技術方向確實有潛力，可能類似數學張益唐的孿生素數問題的突破，相關改進研究會很快推動該領域的發展，讓我們拭目以待。

至於國際評價可以參考: 美国科学促进会 /《科学》杂志新闻部执行主任梅根 · 菲兰认为，最新成果论文讨论了一种全新的人工合成淀粉 (常见的植物碳水化合物) 的方法。这个合成过程涉及二氧化碳和氢气的使用，该研究成果将为未来通过工业生物制造生产淀粉这种全球性重要物质提供新的技术路线。

“众所周知，将二氧化碳固定并转化为有用的有机化学品是一项重大的国际挑战。” 德国科学院院士、欧洲科学院院士、德国马普煤炭研究所名誉教授曼弗雷德˙雷兹称，马延和教授及其合作者将该领域的研究向前推进了一大步，同时将中科院天津工业生物技术研究所推向国际顶尖水平。

最後上兩個團隊照片，都是科研人的驕傲:

一些回答慘不忍睹，也貼過來參考吧，媒體或部分網友或許是誇大聯想了，但也算美好的願望，或許引起了另一些人的不適來為黑而黑或不懂裝懂？關鍵還有不少人贊…… 這也是寫這篇回答的原因

知乎用户 诗与星空​​ 发表

1、也许有一天人类真的不用再种地了。

2、解决了远征的食物来源问题。

那么，我们的未来必然是星辰大海

知乎用户 皮皮松​ 发表

看了科学上的原文。。现在先看看摘要

二氧化碳在无机催化剂的作用下被还原为甲醇，然后被酶首先转化为三碳糖（丙糖）和六碳糖（己糖），之后再被酶转化为聚合淀粉。

这种人工淀粉合成代谢途径依赖于来自许多不同来源生物体的工程重组酶

论文中介绍的就是名为 ASAP 的人工淀粉合成代谢通路。已经发展到 3.1 版本。表为人工合成技术与玉米卡尔文循环生产淀粉的对比。

ASAP 合成技术的过程图解

我是门外汉，看不懂只知道他们模拟了一个和传统光合作用卡尔文循环类似的生产系统，分步突破得到最终产物。每个人有不同的研究方向，通过解决了每一个转化步骤的问题最后成功合成，当然现在技术也有瓶颈，问题不少，他们通过解决一些问题来达到了技术迭代，从 ASAP1.0 到现在的 3.1。

但是我看不懂技术瓶颈描述的东西就不赘述了，坐等生物学大佬来给大家科普。

其实国内新闻播报有误。。这个淀粉生产实质是甲醇到淀粉，和二氧化碳的关系只是他们用的是二氧化碳制甲醇，而甲醇还有天然气制甲醇、煤制甲醇、副产甲醇，而副产甲醇是化工业里产量挺高的副产物，国内产量都极高，只要提纯就可以前三种甲醇一个效果了。

知乎用户 钟瀚 发表

在这项技术问世之前，即使是我们的百科全书上对 “农业工厂化” 的想象，也仍停留在 “可控核聚变实现后的立体农业与电灯种粮” 的程度。换言之，这是一项连科幻作品都曾不太敢于设想的技术。

这项以二氧化碳和氢作为原料合成淀粉的技术，有望在可控核聚变技术商业化之前，率先并彻底地确保我国的粮食自给与副食自给（工业化合成的淀粉不太可能在短期内大量取代种植主粮，但可以更多地供给畜牧业与加工副食，以减少其对主粮的占用）。

此前为维系粮食安全而被占用的大量土地与人口将得以解放，曾经大量承担 “耕地红线” 的地区将被允许（在生态承载力范围之内）将被解放的土地用于发展产业、改善居民居住条件。这可能会造成国内经济格局的变化，给部分被低估的地区提供发展机遇。

粮食自给率低的人口国受到国际粮价波动与粮食出口国钳制的影响将降低，这将造成国际话语权的变动。

此外这项技术也将有望反过来促进氢能源技术的发展与成熟，加速氢能源对当下化石能源的取代。

知乎用户 Ivony​​ 发表

吓得我赶紧买根玉米压压惊，搞不好哪天就买不起了……

知乎用户 中国网​ 发表

颠覆性技术！

设想一下，不需要种地，也不需要绿色植物，以太阳光、水和二氧化碳为原料，在工厂里就可以像植物一样生产出源源不断的淀粉…… 是不是很神奇？这看似遥不可及的一幕，在不久的将来，有望从梦想照进现实。

近期，中科院天津工业生物技术研究所与中科院大连化学物理研究所等院内外研究团队联合攻关，创制了一条利用二氧化碳和电能合成淀粉的人工路线——ASAP 路线，**在实验室首次实现了从二氧化碳到淀粉的从头全合成，也使淀粉生产从传统农业种植模式向工业车间生产模式转变成为可能。**相关科学研究成果的论文 24 日在线发表于国际学术期刊《科学》。

“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，将是影响世界的重大颠覆性技术。” 专家表示。

“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，科技创新已成为重塑全球格局、创造人类美好未来的关键因素。” 在中科院副院长周琪看来，二氧化碳的转化利用与人工合成淀粉，正是应对挑战的重大科技问题之一。

植物光合作用的瓶颈

中国人民偏重碳水饮食，清代美食家袁枚曾在《随园食单》中这样写到，“粥饭本也，余菜末也”，足见国人对碳水的宠爱。这里所说的碳水即碳水化合物，由碳、氢、氧组成，是人类生存必不可少的元素。而淀粉就是 “粥饭” 中最主要的碳水化合物，它是面粉、大米、玉米等粮食的主要成分，占全球热量摄入的 80% 以上，是养活全球人口最重要的食物原料，同时也是重要的工业原料。

多少年来，农作物通过光合作用，将水、二氧化碳等无机化合物合成可作为动物饲料和人类食物的糖类乃至淀粉等碳水化合物，是地球上最重要的生物化学反应过程。但这是效率最高的淀粉生产方式吗？

根据论文通讯作者、天津工业生物所所长马延和提供的数据，在玉米等农作物中，将二氧化碳转变为淀粉，涉及约 60 步代谢反应以及复杂的生理调控，太阳能的利用效率不足 2%。

“植物经过亿万年进化，适应了自然环境，其固有属性制约了淀粉高效合成。” 马延和称。

有没有一种办法能够摆脱植物来合成淀粉？自合成生物学诞生以来，人们就开始尝试人工构建非自然途径，实现二氧化碳到淀粉的转化，以突破植物媒介光合作用的瓶颈。

天津工业生物所自 2015 年起，即聚焦人工合成淀粉与二氧化碳生物转化利用，开展需求导向的科技攻关。

构筑新的人工光合途径

“从能量角度看，光合作用的本质是将太阳光能转化为储藏在淀粉中的化学能。” 马延和解释。

**可如何更高效的将光能转变为化学能？**模拟和借鉴自然过程，构筑新的人工光合途径，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。于是，科研人员又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一条仅包含 10 步主反应的甲醇到淀粉的人工路线 ASAP。

为将设计蓝图变为现实，科研人员还挖掘与改造了来自动物、植物、微生物等 31 个不同物种的 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，最终合成了直链和支链淀粉。

“这个合成过程涉及二氧化碳和氢气的使用，该研究成果为我们未来通过工业生物制造生产淀粉这种全球性重要物质提供了新的技术路线。”《科学》杂志新闻部执行主任梅根 · 菲兰如是评价。

实际应用还有相当长距离

“这是‘道法自然’，实现人工光合作用合成淀粉的一种过程。” 马延和说，从科学突破角度看，这一人工途径的淀粉合成，向设计自然、超越自然目标的实现迈进了一大步，为创建新功能的生物系统提供了新的科学基础。

从技术创新角度看，通过发展高效的人工催化剂和生物酶，研究团队从 6568 个生化反应中设计形成固碳与人工合成淀粉新途径。按照 20% 的光电转化效率计算，这条化学、生物杂合的人工合成淀粉新系统，理论能量转化效率可达 7%，其淀粉合成速率比自然光合作用提高了 3.5 倍。

具体来说，**这意味着什么？**论文第一作者、天津工业生物所副研究员蔡韬解释，按照目前技术参数推算，在能量供给充足的条件下，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（按我国玉米淀粉平均亩产量计算）。“这一成果为从二氧化碳到淀粉生产的工业车间制造打开了一扇窗。”

在江南大学原校长、中国工程院院士陈坚看来，食品生产大约占据了全球 40% 的耕地，产生了 25% 的温室气体，作为最主要的粮食成分之一，淀粉的可持续供应是人类未来面临的重要挑战。这项研究成果将化学与生物的方法相结合，采用蛋白质工程和合成生物学等一系列新技术，从二氧化碳直接合成淀粉，完全颠覆了传统的淀粉生产方式。这项研究工作是典型的从 “0” 到“1”的原创性成果，它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。

马延和表示，如果未来该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，**将有可能会节约 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，**提高人类粮食安全水平，促进碳中和的生物经济发展，推动形成可持续的生物基社会。

不过，他同时强调，目前该成果尚处于实验室阶段，离实际应用还有相当长的距离，且面临着诸多挑战。

“后续，研究团队还需要尽快实现从 0 到 1 的概念突破到 1 到 10 和 10 到 100 的转换，最终真正成为解决人类发展面临重大问题和需求的有效手段和工具。” 周琪表示，中科院将集成相关科技力量，一如既往地支持该项研究深入推进。

来源：经济日报 · 经点科学工作室

知乎用户 不自由而无用的人 发表

这玩意如果是真的话，即便是输入能量远超产出也值了，风电太阳能和丰水期水电很多时候都是存储不下来的，俗称就是垃圾电，这个能稳定存储下来损耗再大也合适的，只要是能实现工业化就能立刻上马。

另外都淀粉这么不要钱的来了，就别惦记这点碳水了，通通喂牛羊，让孩子们去吃肉。

知乎用户 保证有粮​​ 发表

尽管这是一个值得吹两下子的事情。

但是，现实告诉我们，我们需要的是：

冷静，冷静！

前几年我们人类不就已经造出一个细胞来了吗？

还有，资本疯狂投资的那个人造蛋白质肉不也出来了吗？

然而，你的生活因此而改变了没有？我的生活因此而改变了没有？

都没有！

现在是现在，未来是未来。

科学是科学，社会是社会。

我们这群知乎人说是好东西没有用的，

还得看那些不玩知乎的资本大佬们对这个事情是怎么看的和准备怎么做才行。

粮食年年丰收，我们的饭店和食堂天天有浪费，非洲和西部山区照样有饿肚子的呢。

杂交稻亩产吨粮都宣传了快 20 年，我们的平均亩产现在也就 830 斤左右。

就算人造淀粉可以批量生产了，可以商业化了，相信我，现实的问题和困难一个都不会少，这就跟医院越来越多，技术越来越先进，病号反而越来越多一样一样的。

还跟农药和化肥解决了人口增长的吃饭问题，但增加了人类癌症的普遍发病率一样一样的。

新事物新科技出炉，庙堂之人自有谋划。

咱还是该赚钱赚钱，该种地种地吧！

知乎用户 科普大世界​ 发表

淀粉是常用食材，也是某些门类工业生产中的原料，我们都知道它在土豆玉米等农作物中含量很高，实际上它普遍存在于各类植物之中，是植物吸收二氧化碳和水后利用光合作用的创造物，很多植物可以说就是制造淀粉的工厂，它们制造淀粉很容易，但我们要人工合成淀粉可就没那么容易了，有不少科学家曾经千方百计地想合成淀粉都没有成功，然而，突破已经于今日到来。

据《央视新闻》等多家媒体报道，中国科学院天津工业生物技术研究所 (简称中科院天津工业生物所) 主导完成了二氧化碳人工合成淀粉的重大科技突破，这是世界级的生物技术科研成就，相关论文已经于北京时间 9 月 24 日凌晨发表在著名国际学术期刊《科学》上。

淀粉是人类食品中必不可少的材料之一，它一直来源于各类植物，用二氧化碳合成淀粉曾经被认为是不可能的事情，但我国中科院天津工业生物所的研究者们自 2015 年起就聚焦人工合成淀粉与二氧化碳生物转化利用，持续 6 年潜心研究，攻克了这一被认为不可能实现的技术——在无细胞系统中用二氧化碳和电解产生的氢气来合成淀粉的化学 - 生物法结合的人工淀粉合成途径 (英文简称 ASAP)，可高效率地人工合成制造淀粉。在该技术所需条件下，理论上 1 立方米大小的反应器每年的淀粉产量相当于 5 亩玉米种植的淀粉产量，效率远超传统农业生产。

这是国际上首次实现二氧化碳到淀粉的完整合成，为从二氧化碳到淀粉的工业生产开辟了道路，被业界认为是继上世纪 60 年代我国在世界上首次完成人工合成结晶牛胰岛素之后又一原创性、颠覆性的突破，这一影响世界的技术成果也将为人类超越自然，创建新功能的生物系统提供新的科学基础，淀粉生产将能从传统农业种植模式向工业车间生产模式转变，而将二氧化碳原料合成复杂分子的新技术路线也将被开创，可谓意义重大。已有国外同行专家称 “这是一项具有‘顶天立地’重大意义的科研成果”，对粮食生产以及其他一些行业具有 “变革性影响”。

科学家已经发现植物通过光合作用合成淀粉时需要 60 余步代谢反应以及复杂的生理调控才能做到，淀粉产量较高的玉米的理论能量转化淀粉的效率仅为 2%，所以农作物的种植通常需要较长周期，淀粉的农业生产需要耗费大量的土地和水资源以及人力物力等，而这一人工技术只需要 11 步，淀粉合成速率却是玉米植物淀粉合成速率的 8.5 倍，可以说比植物合成淀粉的速率快多了，这一技术也将对农业生产有着颠覆性的作用，如果将来二氧化碳人工合成淀粉的系统过程成本与种植业相同或更低，那么主要为获取淀粉的农业生产基本就可以停止了，这将可以节约大量的耕地和水资源，粮食安全也多了一项保障，食品生产得以脱离传统农业，之前可是想都不敢想的事情。

↑由二氧化碳和水稻淀粉的化学转换过程。

同时这也为人类移民火星等星球，增加了一项技术保障，火星、金星等星球的大气中都以二氧化碳为主，既然这些星球上有这种原料，那么将其合成淀粉，人类的部分营养来源问题就解决了，开发外星球也就更加容易了。

众所周知，目前我国在气候和碳排放方面的目标是碳达峰和碳中和，若这项技术可以利用空气中的二氧化碳，那实现碳达峰和碳中和就又多了一条途径，利好影响可谓超出想象！

参考资料：

《中国新闻网》9 月 24 日文章《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》

知乎用户 匿名用户 发表

厉害了，法师虚空搓面包，空气加电就可以变成淀粉了，想想都神奇。

氢气倒不是什么问题，可以风电氢储能生产、烂大街的水煤气生产，二氧化碳就更是取之不尽了。

当然，二氧化碳那么稳定的结构，要破坏共价键、定向引导结构合成，估计能耗肯定是巨大的，要想工业化，还是得等核聚变。

但有了核聚变，就可以大规模生产了，粮食危机就要成为历史，还能直接解决碳中和问题，我国果然在大气层。

虽然现在还是实验室技术，但是能说明这个想法是可行的，相比起 1-100 的发展，0～1 的突破更重要。

这可能是今年最伟大的发明了，坐等 2050 年可控核聚变出现，直接步入社会主义高级阶段。

知乎用户 呜莎花园​ 发表

先预祝我们天津人斩获诺奖。

人工合成淀粉比人工合成牛胰岛素要牛逼很多。原因是胰岛素的合成，本质上存在方向性的问题，导致量产难度极大，或者说几乎无法量产。而人工合成淀粉本身就是冲着量产去的，从化学反应的步骤上来看，就比天然合成的化学反应步骤大大简化。天然合成淀粉是 60 步，而实验室里用 11 步，所以才有了 8.5 倍的效率提升。

这个成果可以解决全人类的两大问题：

1、解决食物来源问题

原来我们的食物链完全依赖太阳能。植物靠阳光合成有机物，然后再通过畜牧业生产肉蛋奶。人工合成淀粉让我们看到了利用核能串起整个食物链条的可能性。

比如说，黄石火山、富士山这样的危险品如果有一天爆掉了，或者干脆进入冰期，导致全球变冷，那么粮食歉收直接会导致全球灾难。如果有了这类技术的支持，我们就不再受制于阳光水平和植物生长，完全可以维持现有的人口水平，避免饥荒。

前几天大家还在热议太空农业的问题呢，现在有了这个，可能整个太空移民的发展路线全都改变了。

2、解决全球气候问题

生产淀粉的主要原料就是二氧化碳。所以除了生产食物，这还是一项极为有前景的固碳技术。我们可以利用这项技术来调节大气中的二氧化碳水平。不再受制于全球变暖的影响。

所以你看，这是妥妥的诺奖级别的研究成果。中国是化学科研第一大国，果然不是吹的。坐等诺奖光速颁奖。

知乎用户 KingsZNHONE 发表

我以后真的能喝西北风了？赛博朋克的前置科技已经打开。

仌吃土豆玉米牛排鳕鱼，居住在窝棚的 FIVE 只能吃人工合成蛋白纤维肉和二氧化碳淀粉糊糊

开个玩笑，还是要热烈庆祝我国有机化工的重大进步。只要有足够的电能，就不用再担心粮食安全了，这种方法生产出来的淀粉估计不会有多好吃，可以喂鸡喂猪喂鱼，生产燃料酒精。

阿麦里卡人可以，拆那人为什么不能吃牛排开大排量肌肉车？

知乎用户 El Facil 发表

洋芋管饱

知乎用户 某食肉动物 发表

之前《临高启明》某个技术群还在讨论三次元怎么利用二氧化碳与氢气反应得到的甲醇呢，这就出来了。你看在我朝不是没有发展科技的原生动力，但是前提是能让人吃饱饭。

知乎用户 阿巴阿巴 发表

这问题让我想起了一则笑话。

科学家：我们成功消灭了小白鼠尾部 10％的癌细胞。

新闻报道：癌症被攻克!!

科学家：不是攻克! 只是我们离开发出未来癌症的治疗方法更近一步了。

新闻报道：时间旅行已经实现!!

科学家：cnm!!

新闻报道：科学家强暴记者母亲。

整个流程，从二氧化碳和氢气制甲醇，从甲醇到葡萄糖，从葡萄糖再到淀粉。先不说能不能流程工业化，怎么就一堆人吹起了从 0 到 1 了? 是工业制甲醇不成熟吗? 还是之前没有甲醇制取葡萄糖的研究吗? 还是觉得葡萄糖制成淀粉很具有突破性?

再说流程工业化，乍一看，二氧化碳制备淀粉，好厉害，结果要用氢气。那么工业化的意义在哪里? 我们知道，生物光合作用就是强大在能常温常压下富集空气中的二氧化碳转化为糖，那么这个制备淀粉的工艺流程比种植绿植强在哪儿呢? 花费能量制取了氢气，再亏烂了搞成淀粉?

当然，这个研究还是很牛，只是被新闻媒体吹得太牛了。无论在突破性还是影响力上来说，这个研究都不太可能拿到诺奖。

知乎用户 枕水 发表

最终成功创建了 1.0 版途径，实现了人工淀粉的实验室合成，该途径包含了来自动物、植物、微生物等 31 不同物种的 62 个生物酶催化剂。
在此基础上，科研人员采用蛋白质工程改造手段，对 1.0 版途径中的三个关键限速步骤进行了改造，解决了途径中的限速酶活性低、辅因子抑制、ATP 竞争等难题，得到 2.0 版途径。
在 2.0 版途径中，生物酶催化剂的用量减少为 1.0 版本用量的 50% 左右，淀粉的产率提高了 13 倍。
进一步地，与二氧化碳通过化学法还原生成甲醇的反应偶联，构建出包括一个化学反应单元和一个多酶反应单元的 3.0 版本，通过反应时空分离优化，解决了途径中的底物竞争、产物抑制、中间产物毒性等问题，建立了生化级联反应系统，淀粉的产率又提高了 10 倍，并可实现直链淀粉与支链淀粉的可控合成。

诡秘之主既视感

看完这个给我的感觉就是工业化生产遥遥无期。62 种生物酶催化剂加上 C1 步骤的化学催化剂一共是 63 种，这 63 种催化剂要一样不少的被成功的大规模批量生产出来，这个方法才具有实际意义，不知道现在这 63 种里有哪几种已经实现了规模化生产。

光看到标题里写二氧化碳合成淀粉了，那这些催化剂呢？生产这些催化剂所消耗的能源和生物资源会不会大于合成出来的淀粉的价值？这些催化剂能回收重复利用吗？在生产和使用这些催化剂的过程中会对环境造成破坏吗？

二氧化碳合成淀粉，乍看起来跳过了植物参与的环节，但生产这 62 种生物酶催化剂是不是要用到更多的植物呢？是否会消耗更多的生物能呢？

这就变成一个笑话：

- 为什么要种这么多地？

- 因为工厂要用？

- 工厂拿来干什么？

- 用二氧化碳生产淀粉。

- 为什么要用二氧化碳生产淀粉？

- 因为可以少种点地。

当然，即使是这样，考虑到火星殖民，突破环境限制等因素，这种亏本生意还是有适用的场景的，并且只要花力气攻关，完全实现这 63 种催化剂的人工批量大规模合成也不是不可能，但即便是最终都通过工业手段跳过了植物环节，那还有能量消耗环节、经济成本环节需要考虑。

每一种催化剂的生产成本加在一起共同决定了人工淀粉的成本。更不要说前期从零开始设计建造调试生产流程，设计定制生产这些原料所需的机器设备。可以说这是一条完整的产业链了。而要想建立一条全新的化工产业链是很不容易的。当然，如果产业链成熟之后生产成本是会快速降下来的。

如果国家能把这个事情当成一个战略来抓，发挥集中力量干大事的天赋，那前途不可限量，目前还是持谨慎乐观态度，让子弹飞一会儿。

知乎用户 要淡定​ 发表

评价这个工作并不容易，舆论总是抱有 “出个大新闻” 的心态来讲科研故事。让外行读者看了科研新闻产生一种“星辰大海 " 的感觉，起码知乎这个问题下面又有各种答主要去冲出大气层去开发火星，甚至金星了（(*^_^*)）。人家论文究竟说的是什么呢？

这其实是一篇做 chemoenzymatic synthesis 的论文，也就是设计特定的酶用在化学合成里。从二氧化碳固碳在文中只有谨慎的提及，因为所有作者都是做生物方面的。二氧化碳固碳其实是电化学光催化这个另外的大领域的话题。论文致谢这里提到了

We thank P. Kang from Tianjin University for introducing us to the fundamental principles of CO2 electroreduction.

可见这些作者作为二氧化碳电还原的门外汉，还是不敢居功，老实致谢。

而他们实际使用的原料也就是甲醇和甲醛。估计也是直接购买的。没有必要自己合成。作者只是引用了文献说这些东西可以光催化合成——这方面论文非常多，甚至兰州有个年产一千多吨的工程。

作者开发的人工合成路径只需要 11 步就能从二氧化碳合成淀粉，然而他们主要是工作是从第三步开始的——这当然已经是特别显著的进展，所以起了个好名字叫 ASAP，碰瓷英文 as soon as possible 的缩写，让人印象深刻。在我看来，这就是通行的文章讲故事的方式而已。值得学习。

总体来说，这个文章还是一篇有一点 “炫技” 色彩的论文，如果单纯追求淀粉产率的话，没有必要坚持整个全合成都只用酶。传统的化工合成方法起码走到论文的第五步合成 d-glyceraldehyde 3-phosphate 并不是什么太难的事情。从第九步的 phosphoglucomutase 到最终产物的淀粉合成所需的聚合反应，我个人认为还是传统工艺里高温高压（不是太难的事情）更容易一点，鲁棒性也绝对更好。这么算来，论文内有也只有 C6 modulus 里的三步更有价值。当然我也能理解，从发文章角度来说，这样全部都用酶合成的文章更容易冲高，但是也大大限制了这个技术的实用性。从这个角度来看，作者及其所属单位如果不组织多学科攻关，那这也就是一篇故事讲的很好的正刊论文而已。个人觉得这篇论文虽然可以看到一些潜力，但和人工牛胰岛素的合成这项诺奖级别工作的意义还是不能同日而语——离新华社和各位答主的期望，还差的很呢！！

知乎用户 linoox 发表

我要住别墅，我要住别墅，我要住别墅。

以后生产粮食不用耕地了，空出大量的耕地用来建别墅。中国有农地 35 亿亩，其中耕地 20.12 亿亩。只要拿出 0.3 亿亩（200 亿平方米），按人均用地 50 平方米计算，可以使得一半的城市人口（4 亿人）住上别墅。一个 4 口之家用地 200 平方米，建 3 层楼别墅，每层楼建筑面积 65 平方米，人均面积约 50 平方米。有前后花园，地下室和车位。楼顶做太阳能发电和楼顶花园。

https://www.zhihu.com/answer/1836685184 （大量卫星图）纽约东京和上海北京的卫星地图对比，图上看美国纽约和日本东京的别墅真的多，从市中心外围十几公里就往外连绵不绝延伸几十公里到上百公里。而北上广离市中心不到 20 公里就有大量农田。

下图是纽约卫星地图，离纽约中央公园十公里就有大量的别墅，别墅连绵不绝延伸几十到上百公里。

知乎用户 李劼 发表

我说为什么《帝国时代》里有农田，《红色警戒》里没有呢……

知乎用户 天星舰水手 发表

人工光合作用，颠覆性技术，诺奖级的成果。获诺奖的速度应该会很快，可能几年后就能获奖，而不用等几十年。

21 世纪是生物科学的世纪的代表作**。**

能够缓解人地矛盾。

宇宙星际移民必备技术。

知乎用户 臧大为 发表

从长期角度来说，人总能依赖发展来解决发展中的问题，我们也无需为未来担忧。

知乎用户 mindu15 发表

人工合成淀粉是第一没有经济意义的。
那篇科学杂志人工合成淀粉的原料是氢气和二氧化碳。
反应第一步的生成物是甲醛。
现在一公斤氢气的价格在 70-80 元区间，而一公斤甲醛的价格是 1 元左右。一斤玉米淀粉 3 元左右。
甲醛的分子量是 30，氢气的分子量是 2。
根据文中的反应方程，6 公斤氢气可以生成 30 公斤甲醛。
6 公斤氢气至少要 300 元，生成的甲醛却只有 30 元。
所以反应的第一步就开始巨亏钱了。原因是氢气较贵。甲醛较便宜。能源化学上没有意义的。

第二这个流程其实不新鲜的，二氧化碳和氢生产甲醇（煤制甲醇或者天然气制甲醇，未来核反应堆供氢制甲醇），这个是已经大规模工业化生产了。把氢气变成甲醇从来也没有人怀疑，有无数种办法。但是没有人觉得这么做是有意义的事

甲醇发酵产生葡萄糖也不新鲜的，那就更多了。不清楚这个实验创新在哪里。

这篇文章，如果标题是写成将将氢气变成甲醇，绝对发不了科学了。如果大众意识到是将氢气变成甲醇，也就不会兴奋了。因为那是将黄金变成废纸。这篇文章的作者，主要玩的花招，是说成将 CO2 变成淀粉。让人觉得将废物变成了宝贝。这就是个怎么包装的
问题。

现在大部分科研都是想方设法从有机物中搞出氢气来。比如从玉米到酒精再到氢气。或者从木头到氢气。甲醇制氢，这是新能源方向的大热门，实际中真正需要的技术。而不是反过来。

很少有人会想办法把氢气变成有机物。有机物到处都是，不值钱。而氢气很值钱。

科研目标应该是人工合成叶绿素，在人造叶绿体中合成葡萄糖。

不过这个新文章还是有创新，总比某科学家把空气中二氧化碳与地下开采的钙盐结合生成碳酸钙埋到地层深处的实验文章有意义

知乎用户 呼噜噜镇长 发表

堪称王炸级的发明了。

打脸了下面这个问题：

上知乎的穿越者可以透露一点未来的事吗？

证明了，时间是不可能穿越的！

不然这么重要的，改变人类历史的发明，竟然被无视…..

谈谈这个发明的意义吧。

现在我国全球进口的玉米，大豆，特别是**豆粕；**以后都不是问题了。

考虑到个别回答的低智，还是细说一下吧：

合成淀粉，不是直接拿来吃的！

合成淀粉，可以取代玉米，大豆，豆粕，成为饲养动物的饲料。

现在我国紧缺的就是各种豆粕，大豆，玉米。

动辄涨价，产地歉收，还有海运的风险和时间消耗，导致这类物资的供应并不稳定。

而有了人工淀粉，上面这些都可以迎刃而解。

我查了一下，淀粉的功能真的是多。

①预糊化淀粉
预糊化淀粉是一种加工简单，用途广泛的变性淀粉，应用时只要用冷水调成糊，免除了加热糊化的麻烦。广泛应用与医药、食品、化妆品、饲料、石油钻井、金属铸造、纺织、造纸等很多行业 。
②酸变性淀粉
酸变性淀粉引是指在糊化温度以下将天然淀粉用无机酸进行处理，改变其性质而得到的一类变性淀粉。通常制备酸变性淀粉的条件是：淀粉乳浓度为 36%～40%，温度低于糊化反应温度（35～60℃），反应时间为 0.5h 至数小时。当达到所需要的粘度或转化度时，中和、过滤、洗涤、干燥即得产品，在食品工业（糖果厂）、造纸工业（施胶料）、纺织工业应用较多 。
③氧化淀粉
淀粉经氧化剂处理后形成的变性淀粉为氧化淀粉，其在建筑工业（用作绝缘板、墙壁纸和隔音板原材料的粘合剂）、食品工业、造纸工业、纺织工业应用较多 。
④交联淀粉
使淀粉分子间发生交联反应的试剂叫交联剂，其种类很多，分子结构中含双官能团和多官能团。工业生产中常用的交联剂有：环氧氯丙烷、三氯氧化磷和三偏磷酸钠等。前者具有两个官能团，后两者具有三个官能团。淀粉经交联剂处理后发生交联反应，促使一个淀粉分子与另一个分子间搭成键桥，产生交联结构。由于淀粉分子具有众多的醇羟基，除分子与分子之间的交联反应外，起反应的两个不同羟基也有的是来自同一个淀粉分子，没有起到不同淀粉分子间的交联反应。反应试剂也可能只与一个羟基起了反应，没有在不同淀粉分子之间形成交联键。这两种情况都有发生，但整个反应过程趋向分子间交联，在食品工业（常使用交联的磷酸酯、醋酸酯和羟烷基淀粉）、医疗业（外科手术橡胶手套的润滑剂）、纺织工业应用较多 。
⑤酯化淀粉
酯化淀粉是指在糊化温度以下淀粉乳与有机酸酐（醋酸酐，丁二酸酐等）在一定条件下进行酯化反应而得到的一类变性淀粉，在食品工业（作为增稠剂）、造纸工业（施胶料）、纺织工业（经纱上浆）应用较多 。
⑥醚化淀粉
醚化淀粉是淀粉分子的羟基与烃化合物中的羟基通过氧原子连接起来的淀粉衍生物。它有许多品种，其中工业化生产的主要有三种类型，即羧甲基淀粉、羟烷基淀粉和阳离子淀粉。对淀粉进行醚化变性，可提高黏度的稳定性，特别是在高 pH 条件下，醚化淀粉较前面提到的氧化淀粉和酯化淀粉性能更加稳定，应用更加广泛，在食品工业（增稠剂）、医药工业（药片的粘合剂和崩解剂）、石油钻井（降滤失剂）、纺织工业、造纸工业、日化工业（可作肥皂、家用洗涤剂的抗污垢再沉淀剂） 。
⑦功能性淀粉
功能性变性淀粉主要指对人体有一定保健作用和生理作用的变性淀粉，如抗性淀粉、多孔淀粉等，主要用于食品、医疗、制药、日用化工等行业，可显著提高相关产品的品质和档次。尽管当前产量不大，但却具有较高的附加值，是国内外研究开发的热点 。

所以人造淀粉量产后，优先供应的是造纸工业，纺织工业，日化工业这些行业。

提升后的人造淀粉，才可能做为动物饲料。

不会直接给人吃人造淀粉的，万一出了什么问题，要被国外往死里黑。（话说这还没量产呢，就已经开始黑了….）

配合我们现在全力公关的人造太阳。

也就是人造太阳正式发电的那一刻，人类（至少是我们中国人）将正式远离饥饿。

从侧面验证了，高级社会主义的可行性！

知乎用户 虚实小和尚大顺 发表

“充足能量供给的条件下”

知乎用户 瞻云​​ 发表

这是一项可以把科幻变成现实的技术。

人工合成淀粉的效率约为传统农业生产淀粉的 8.5 倍。

然而最关键的是，它没有任何的耕地需求！

仅仅 1 立方米大小的生物反应器，一年时间生产的淀粉含量就相当于 5 亩玉米地。

• 由于米面还含有其它的营养元素，所以作为主食还是不可替代的。所以，我们主要来看看对淀粉工业的影响。

当前作为工业生产原料淀粉的主要来源就是玉米。

中国玉米种植面积 42670 千公顷（6.40 亿亩），这些玉米可以被 1.28 亿立方米的生物反应器所替代。

可能有人认为，上 1 亿立方米恐怕也会占不小面积吧？

但不要忘了，中国的基建狂魔人社。

理论上来说，1 亿立方米其实仅仅相当于长宽高 464.15m 的立方体。

如果我们建设一个平均 50 米高的淀粉基地，空间有效利用率哪怕只有 30%，所需要的占地也仅仅只有 600 万平方米（600 公顷或 6 平方公里），仅仅占地 2582m×2582m。而中国一个乡镇的面积随随便便就达到 100 平方公里，差不多只需要拿出几片小山坳，就可以供应全国的工业淀粉（但哪怕建设的基地分散开来，也用不了多少面积）。

只需要在落后地区，建设这么几个淀粉基地，就可以把经济很快拉上来。

所以说，这个技术能解决的不仅仅是中国的粮食以及碳中和问题，同样也有利于达成共同富裕。

那些落后的地区为什么落后，说穿了就是又偏僻有没有什么资源，建一个淀粉基地，相当于变相的增加了一种资源，经济上来了，交通建设之类的其它各个方面也能很快更上。

如果在未来还能在淀粉中加入相应的维生素和微量元素，那么甚至可以替代主食。但所需要的工厂面积，也仅仅只需要相当于一个小城市城区的面积而已。

当这个技术完全成熟之后，只需要扩大几个规模，就可以轻轻松松提供全球淀粉供应。

我们可以在非洲建设大大小小的淀粉工厂，不仅可以解决非洲的饥饿问题，更有利于中华民族的伟大复兴。

甚至，这项技术发展到全球级别之后，二氧化碳导致的全球变暖人类也能轻松应付。

基本上控制工厂对二氧化碳的吸收，人类几乎可以比较精确地控制大气中的二氧化碳含量了。

当然，我们的目标是星辰大海。

可以想象在未来的星河世纪，在偌大的宇宙母舰上，只需要一个小小的淀粉生产基地，就可以供应数十万人的基本生活。

这不仅仅有利于人类对太阳系的基底开发，也更有利于派遣飞船进行星际探索。

往近了看，有了这项技术，也可能让月球甚至火星基地的建设变得更有价值。

当然，这项技术对于目前来说，工业应用还比较遥远。

但这个新兴技术，拥有无限的可能。

有可能在我们的有生之年，能够看到这一项技术，彻底改变我们生活的方方面面。

很庆幸我能生活在这个年代，能够一步步看到科幻小说中的想象一步步变成现实。

而且这个变成现实的关键，正越来越多的掌握在我们的手上。

知乎用户 何鸿蒙​ 发表

许多答案说的有点太夸张，说点一二十年内的实际用途吧。

至少在我国，主要肯定不是用于人类食用，我们现在讲究的是口味和营养，这个合成的纯淀粉显然没什么竞争力，另外中间产物是甲醇，这个如果残留那也不得了。

但是，我国的主要淀粉类作物玉米，每年种植面积约 6 亿亩，就算全部是倒茬，都得占地 3 亿亩。其中一成用于工业，七成多用于饲料，人类食用仅有一成多。

如果能很大程度上替代玉米的工业和饲料用途，可以轻松省出 2 亿亩地。到那时，我们的人地压力就会明显缓解。

能源不是大问题，也用不着核聚变，这个技术比植物利用太阳能水平高，就原先的大田面积三分之一的光伏电站，发的电都远远用不完，但是光伏电站完全可以放在荒漠地区，不需要与建设用地直接冲突。

知乎用户 水陌轻寒​ 发表

这算诺贝尔奖级别的贡献不？

知乎用户 op3721​ 发表

新华社北京 9 月 24 日电（记者董瑞丰、王井怀）以二氧化碳为原料，不依赖植物光合作用，直接人工合成淀粉——看似科幻的一幕，真实地发生在实验室里。我国科学家首次实现了二氧化碳到淀粉的从头合成，相关成果北京时间 24 日由国际知名学术期刊《科学》在线发表。

这次，看得我真的是泪流满面

这是全世界人的新希望，而美国一次又一次的刷新人类对残忍的认知，这技术如果被美国先掌握，美国一定会武器化，用来先摧毁世界其他国家的农业，然后垄断提价，和新冠疫苗一个道理，欧美研发的药就是这种方式运营的，谋财第一。

美国中东屠杀 600 万人，理由是占领中国的地理位置，控制石油天然气的输送方式和定价权，以达到继续奴役全球人民的长期目标。

美国新冠以反人类罪的方式治理，不开动美国统治层控制的世界媒体，专家，权威人员，对新冠进行科学的合理的治理，害死了 78 万美国底层人——美国高层富人有特效药，特朗普一家人第二天就好了就是证明，白宫官员多人中标很快就治好了，没死一人就是证明。

阿富汗炸死人家一家十口人，美国说：“是误炸了，误把水桶当成炸药”，然后被炸死的人家就没有然后了，而美国的然后是以后继续误会——可能把书包当成人肉炸药，也可能把孕妇的肚子误成了藏有炸药，然后是继续无人性的炸死平民

……

今天，世界变成今天这样，主要责任就是美国弄的，导致世界充满灰望，很多国家和人民连希望是什么都忘记了，中东人忘记了 20 年了，现在，我们中国，开启了世界新希望之旅，重新把人类的未来托起来，放在手心，公开展示给大家看——看，这就是我们的未来，并且是充满希望的未来，你可以用眼睛看的见，用手触摸的到的未来。

知乎用户 涛涛​ 发表

**国际重大颠覆性突破！**我国科学家在实验室实现二氧化碳到淀粉的人工合成，未来还需要种地吗？

**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。

中科院天津工业生物技术研究所的研究人员，用二氧化碳和电解水得到的氢气，经过一系列有机化学反应，成功得到了人类最常见的食物成分：淀粉。

而在这项技术出现之前，想要得到淀粉就必须通过植物，包括种植农作物或采集自然界中的植物，但农作物通过光合作用产生淀粉，速度慢，效率低，一年才能收获一两次，而且大量化肥农药的使用还极大的破坏了环境。

而人工合成淀粉的速度达到了玉米光合作用的 8.5 倍，1 立方米的生产设备，产量与 5 亩地相当，这么一来，过些年技术成熟后，农业有可能彻底转向工厂化，再也不用种地了！

采用二氧化碳人工合成淀粉，相当于拿空气造出面粉，一个反应器的年产量等于五亩玉米地，以后土地可以省出来，不用种地了，可以多搞绿化！真可谓 “一石三鸟”

1. 18 亿亩耕地的红线将不存在
2. 二氧化碳排放问题解决
3. 再也不怕美国在粮食上卡脖子

其意义不亚于原子弹氢弹，这是从零到一的突破，比诺贝尔奖更有价值！

目前，实验已经成功，文章也已经发表在《科学》杂志

对此，大家咋么看？你希望这项技术怎么为我们服务？

知乎用户 GakkiGee​ 发表

你金融霸权要我钱，我农业霸权要你命！

这不仅仅是诺贝尔奖级别的科学突破，这是神农氏级别的科学突破。

如果实现二氧化碳人工合成淀粉，能够稳定量产、成本可控、安全可靠

那么，据此，会发生一些列神奇的变化，这是人类自诞生以来从没有过的情况。

第一说个小的变化，粮食不再来源于土地、海洋。我国不需要保留耕地红线了，意味着有 18 亿亩土地可以再利用。十八亿亩耕地是什么概念啊，足够所有中国人生 6 胎并且住上家里有草原的房子。

土地不再是生产力最重要的要素，什么土地兼并地主豪强的王朝周期律，根本就不是一个维度的东西。

第二个如果我们能将技术牢牢掌握在自己手里，那么美国的金融霸权就是个渣渣

全球主粮由我中国生产，我再用我的淀粉做饲料搞养殖，承包全球农业。

那么大家来自由贸易

给我一百年我足够击垮全球任何一个国家的农业

我可以低价甚至低于成本价甚至免费向全球供应粮食

一百年足够让所有国家没人耕地

全球所有人都来找我要粮食，买粮食

谁不听话饿谁

你金融霸权要我钱，我农业霸权要你命！

第三，如果觉得击垮别人农业时间太长，那么还可以先击垮别人的石油霸权和新能源邪路（大雾）。

二氧化碳转淀粉，淀粉变乙醇，乙醇烧了再变二氧化碳

这是啥，这是金山银山更是绿水青山啊！！！

环保，好用，好喝

到时候淀粉转乙醇，利好茅台（大雾 too），利好生物燃料。

家家户户天然气管里出来的是气化乙醇，南方集中供暖

搞什么新能源哦，统统给老子去搞内燃机

到时候中石油中石化，全部改名中酒精中乙醇

蔚来发明全球首款纯乙醇燃料汽车，只需要换乙醇箱子，就可以接着跑，不用加乙醇

理想发明全球首款乙醇和汽油混合动力的乙醇汽车，用汽油发动机带动乙醇发动机，完美

农业革命带动能源革命

以后中国不是农耕文明

是农耕文明 Plus 加强版

到时候如果可控核聚变能解决

数不尽的二氧化碳用核聚变产生的数不尽的能量变成淀粉

那么也就是物质的极大丰富

人类理想实现指日可待！

知乎用户 乘风破浪的爷爷​ 发表

微博的评审人认为这是脱裤子放屁，毫无意义。

大家都去好好写论文，科学算个屁，争取能早日发微博。

知乎用户 将行远 发表

发布任务：人工淀粉污名化

任务详解：请于 30 日发布至少五条以上有关《人工淀粉污名化》的相关文章、视频，具体操作可参考袁隆平的转基因水稻，将人工淀粉妖魔化，可通过底层人民公众号、朋友圈、微信群聊、QQ 新闻以及 UC 震惊体传播，效率高达 500%。

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我们的任务，破坏中国团结，愿大美丽坚永垂 8 朽！

知乎用户 李大大 发表

这场充满着匆忙意味的发布会，只为了宣布一件事情——中国科学院天津工业生物技术研究所完成不依赖植物光合作用，直接使用二氧化碳与氢气作为材料合成淀粉。

这项技术的成功意味着，我们可以直接将电能转化成人类可以吸收的化学能，对解决中国粮食供应问题，以及太空、深海等地区食物供应问题有着非常重大的意义。

中科院对于这项技术评价如下：

继上世纪 60 年代在世界上首次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了重大颠覆性、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。

为什么要人工合成淀粉

二氧化碳和水在阳光的作用下合成淀粉，这个反应在自然界并不少见。

只要有一个花盆，种植一颗绿色植物，就可以以最低的代价完成这项反应——光合作用。

但是植物的光合作用有着两项先天劣势：

1. 植物光合作用效率多在 0.3%~0.5% 之间，只有极少数物种能够达到 1%；并且植物光合作用产生的能量大部分都被植物本身消耗，合成的可收集淀粉数量极少，一般来讲一亩地的收成才够一个人一年的消耗。

2. 植物生长对土地、水分、光照等要求高，并且培养周期长；这也是为何古代中国规划了庞大的漕运体系，就为了老百姓能吃上一口饭。

之前的科学研究已经证明，我们可以利用催化剂促进氢气与二氧化碳合成甲醇，再将甲醇转化为淀粉，而氢气可以通过光伏转换产生的电能电解水获得。

从原理上来讲，如果可以将上述过程工业化，就能够直接完成电能到人类所需碳水化合物的转换过程，对人类整体文明水平都有着不小的提升。

至少不至于在火星上还得种土豆

如何合成人工淀粉

这整个实验中的难点有两个就在于：1. 如何找到能够促进氢气与二氧化碳合成甲醇的高效催化剂；2. 如何通过甲醇直接合成淀粉？

氢气与二氧化碳合成甲醇的技术，世界上有不少实验室在做，但是无一不卡在了转换效率这个门槛上。

这也是二氧化碳合成甲醇，不过因为效率低下，主要角度还是废气治理

而根据天津工业生物技术研究所在《科学》期刊上发表的文章显示：目前所里已经在实验室中，完成了通过太阳能板产生电能——电解水产生氢气——使用催化剂将氢气与二氧化碳转换为甲醇的实验。

这整个过程能量转化效率超过 10%，远超光合作用对阳光的能量利用率，在世界范围内也是顶尖水平。

冰岛的合成甲醇工厂

而这项成果之所以能称得上是 “人工合成牛胰岛素之后的又一大成就”，就在于中科院的科研人员解决了甲醇合成淀粉的难题。

在自然界，甲醇作为一种有毒物质，很难被生物直接利用，自然也不存在甲醇合成淀粉的生命过程。

所以人工设计实现这个过程的难点就在于设计出一种原本并不存在的酶催化剂，完成甲醇——淀粉的转换。

中科院的科研人员采取了广撒网、深挖掘的研究方法，从动植物、微生物等 31 个物种中提取了 62 种不同的生物酶催化剂，横向对比，去劣存优，最终探索出一条使用十个不同的酶催化剂逐步将甲醇转化为淀粉。

整个合成过程历时 11 步，是同等条件下玉米合成淀粉速度的 8.5 倍，并且对生产场地需求较低，按照论文第一作者、中科院天津工业生物技术研究所副研究员蔡韬的说法：该实验向设计自然、超越自然目标的实现迈进了一大步。

人工淀粉的广阔用途

目前，人类通过大量种植农业作物的方式固化太阳能，生成生存与工业所需的各种淀粉资源。

但是，实际上农作物合成淀粉效率极低，在玉米等作物中，合成淀粉需要经过 60 多复杂的代谢反应和生理调节，这是的玉米的太阳能转化率仅有 2% 不到。

人工淀粉合成方法一方面简化了这个过程，而另一方面目前中科院太阳能——淀粉的能量转换效率在 10% 以上。

清空下每平方米太阳能功率大约为 14W，各地全体的日照辐射换算成标准日照大概在 3~4 小时，按照人类 70W 的平均功率来说，20 平方米不到的光照面积就能供应一个人一天所需的全部碳水化合物。

这可比种地简单多了

再者说，电力的来源远远不止太阳能这种低效的方式。

在水电站附近建设大型淀粉生产厂是一个目前看来呼之欲出的构想。

大江大河在提供电能的同时，还有着丰富的水与水运资源。

外加上中国西部地区原本就是能源丰富、粮食紧缺的状态，这项技术的诞生，对于减轻粮食储运压力，也有着深刻的意义。

总结

当然，对于这种新兴技术我们也不能一味地捧杀，我们还是需要认识到中科院的这项技术目前还是处于实验室状态，低效率 + 高成本肯定是技术工业化前最难迈过去的两道坎。

但是如同，法拉第被人问及发电机的作用时讲的那句话一样，“夫人，一个刚刚出生的婴儿有什么作用呢？”

淀粉合成设备

现在人工淀粉合成技术在可以预见的十年之内，依旧可能没有办法直接改变我们的世界。

但是，好歹我们把通向未来更加高级的能量转换方法的大门打开了一条缝隙。

并且，我们可以自豪地讲，这条缝隙是由我们中国人打开的。

知乎用户 饼当 发表

马老师做微生物的。

浮光掠影一搜，感觉这个事属于超级蓝藻吧，耗能应该不夸张，效率有突破。不过这个事离量产和应用还早呢。

记者惯会瞎炒，听起来跟化工厂化学反应一样，其实没有那么夸张。

我挖个池塘，里面全是水葫芦，捞起来喂猪，算不算人工生产蛋白质？毕竟猪没能耐捞浮萍，得人工对吧？

知乎用户 随意​ 发表

中国的突破长期来看: 合成淀粉 + 绿色能源（核聚变）意味着人类可以走的更远更久。

当下的影响: 起码我们应对粮食危机的底气有了。然后就是为科学家欢呼！再然后该干嘛干嘛吧。哈哈哈。其实大规模低成本应用还要很长的路。尤其是要先突破能源这一关。

当然套路技术的意义嘛，无非就是展望未来。不都说人类的未来在星辰大海么，现在我们就可以好好可以畅想一下了。

试想一下，人类这个唯一的摇篮，这个地球生物圈最最最基础的是什么？其实就是叶绿体。叶绿体的产物也就是淀粉，是现在地球几乎所有生物循环的基础（某些微生物可能不依赖这个生态圈)。而我们呼吸的氧气可以说只是淀粉生产过程中的副产品。所以说是叶绿体或者说是淀粉造就了我们现在所在的生物圈的一切。

短期来看，即便整个技术短期内无法低成本生产淀粉，但是合成淀粉的一个中间过程就是直接合成甲醇，而甲醇是可以直接当做生物燃料的。到甲醇这里其实已经是一种有前景的技术了（不过这应该不是新技术，我看陕西已经有技术可以工业化应用二氧化碳加氢转化为甲醇了)。

想一想利用风力、潮汐这种原来利用率低的能源，去合成甲醇，然后收集使用，些其实也是一种相当具有实用性的技术。比如南美洲大片土地上种植的玉米，就是用来生产生物燃料的。而直接从空气中获取二氧化碳，不但可以抵消碳排放，且可以循环利用。

而如果达到最终产物，也就是可以大规模相对低成本的人工合成淀粉以后。那就很有可能彻底的解决粮食危机，想想这意味着什么？说人造淀粉口味差的同学请闭嘴，人造淀粉是人造生态圈的基础，有了淀粉不管是畜牧业还是种植业都可以脱离阳光存在。这意味什么你懂么？用其他答主的一句话就是，意味着人可以喝西北风了，哈哈哈。

后续的，人造淀粉的技术链可以将能源转换成人类生存必须的粮食、燃料、氧气。这意味着只要有足够能源以及氢、碳这样的基础元素，人类在火星这样的星球，可以无限制的生存而无需外部补给。这比现在的 “人造生物圈” 的成本要低的多，可控性，可靠性都大大增加。这真正让星际航行乃至与火星基地立刻成为了可能。

甚至，人类可以在火星部署这样的 “火星环境转换器” 来达到改造火星（甚至土卫二这样的地方)环境的目的。这一切都是基于今天的这个突破即合成淀粉。这样想一想，是不是就明白这意味着什么了？意味着人类只要再突破可控核聚变这样的能源瓶颈，那人类就可以真正的无负担的奔向星辰大海了。

知乎用户 鹏鹏​ 发表

有人问人工二氧化碳合成淀粉需要大量能源电力所以不切实际，问题是现在中国并不担心能源电力问题。

不说可控核聚变这种了，就说目前中国掌握新能源技术：西部太阳能光伏，风电，西南水电，东部核裂变电站，等等。单晶硅光伏发电成本最低低于煤炭火电，现在核电站除了铀裂变，还有快堆技术利用核废料发电。中国西部大片土地地广人稀，像西藏青海等青藏高原，新疆甘肃内蒙宁夏等沙漠戈壁荒滩，铺上太阳能光伏板和风电站，用特高压输到东部合成淀粉工厂，不愁没电用。

实际上，现在中国太阳能风能等最大问题不是发电够不够，而是怎么使用储存电能。因为电力需要用掉，而太阳能风能发电有时断断续续，或者遇到东部晚上不用多少电，多余电用不掉 “垃圾电”。现在有了合成淀粉厂，多余电来制造淀粉有机物，固态淀粉是很方便储存的。

知乎用户 匿名用户 发表

在天津做过 3 年多二氧化碳合成有机物的来答一波，答案是二氧化碳合成有机物，现在水个论文忽悠个经费还行，效率照实际应用还差几个世纪。

当然那些生化环材的学阀们关心的是发大论文捞名捞利忽悠经费，也不关心什么实际应用。

藤岛昭 79 年做出光电催化二氧化碳合成，之后 20 年通过不断的研究实验，发现效率不行根本不能应用，继而在上世纪 90 年代末转向了二氧化钛杀菌涂料的研究。

中国这边很多导师在 90 年代把藤岛昭认为不可能应用的技术捡了过来，发现灌水论文很容易，随便搭个灯加个电极，弄个反应器灌进去点二氧化碳就能多快好省的水一篇论文，影响因子还挺高，经费能忽悠不少。于是乎不管是材料还是化学还是物理，很多导师都往催化二氧化碳合成有机物上偏，招了一大帮研究生来实验室做苦力，灌水论文灌的不亦乐乎。

实际上二氧化碳合成有机物，20 年前基本已是被藤岛昭他们证明是极低效而不可能实际应用的过时技术而被其团队放弃。而在中国的很多导师眼里，不管能不能应用，也不管是否和现在的就业市场多么不沾边，只要能灌水些论文捞名捞利肥他们自己的腰包，就不遗余力的压榨研究生们去做。实际上这样做令很多自然科学基金被浪费掉在无意义的灌水上了，也耽误了学生们的前途。因为没有一个企业实际上做这类根本不可能应用的东西（极低效，产物无法彻底分离，高校灌水不考虑应用工艺，原料有毒有害昂贵无法实际应用）。

发达国家现在都在大肆发展互联网和金融这种高利润产业，把污染环境，利润低的生化类产业往发展中国家赶。中国的很多老学阀却在人家不要的过气产业上大做文章，灌水论文忽悠经费弄得不亦乐乎，既坑了学生就业，又污染了国内的空气环境。欧美发达国家都在为了本国学生的利益，把伤害身体，不好就业的研究分配给其他第三世界国家的学生。中国的导师们却为了个人私利，就挑伤害学生身体，不好就业的方向，来坑本国的学生。

根据过来人的经验，在此好心劝各位学子：专业和导师远远比学校更重要。各专业方向，从就业角度由好到坏（综合考虑实际工作岗位数量和质量），web 开发 > 大数据 > 云计算 > 推荐算法 > 自然语言处理 > 金融工程高频交易 > 投行分析 > 计算机视觉 > 物联网 > 芯片开发 > 会计 > 项目管理 > 车辆工程 > 物流 > 人力资源管理 > 建筑 > 机械 > 土木 > 幼师 > 餐饮 > 数学 » 物理 > 生物，化学，环境，材料

欧美很多高校，全校计算机专业占约 50%，文科，法律，医学，机械，建筑，商科占约 49%，生化环材物理数学加一起分剩下的 1%。 为什么？因为现在市场上实际工作岗位就这比例。各行业资金分配也差不多是这个比例，生化环材物理既没有什么工作岗位，也没有像计算机和金融那样有投资人源源不断带入的资金。如果考虑学生就业和发展，就应该按这样的比例招生。

但国内有的高校，比如南开大学，领导们制定招生计划，完全是按照他们那个阶级的利益来招生（为了多招廉价劳动力进实验室灌水论文凑论文指标），根本不考虑学生就业和死活。生化环材物理招了远远超过市场上工作岗位比例的学生来做廉价劳动力，导致大量这类专业的学生毕业就失业。中国目前从事生化环材科研的研究生比全世界其他国家加起来都多，但每年生化环材类基础科研的新增工作岗位，甚至不到学生人数的十分之一。

生化环材类科研养蛊化，劣币驱逐良币，导致了这个行业中 PUA 的现象时有发生。

南开大学生化环材方向渣导师曹亚安压榨学生的套路：

1. 下面这个是南开大学曹亚安教授，逼迫全实验室成员在假期做实验，然后把全实验室成员做好的的数据让博士后写文章，再把写好的文章给自己的双胞胎儿子，兰州大学的曹驰和天津师范大学的曹瀚挂一作，让他们空手套到这两个学校的奖学金。 曹驰和和曹瀚连烧杯都没摸过，就白得了好几篇文章的一作。

这个是曹瀚白得的论文：

这个是曹驰白得的论文：

两篇文章的一作分别是曹亚安的双胞胎儿子曹驰和曹瀚，通讯作者是他们的爹：南开大学教授曹亚安，所有的实验数据，甚至整个论文撰写，都是曹亚安实验室全体研究生们，一整个假期的血汗。
2. 曹亚安用传销 PUA 的方法给学生洗脑，让学生签硕博连读卖身契，骗学生说每届只招一个博士，实际上曹亚安每届招 3 个博士廉价劳动力，一个挂自己名下，2 个虚挂其他人名下.

威逼利诱学生硕博连读进火坑做苦力，不连读的学生，让他给博士打下手（不让其写文章，不让投稿，也不让实习，只让做苦力，当做奴隶压榨）。

给学生的文章挑各种毛病，压着学生的文章不让投稿，逼迫学生多干活。用压文章逼做实验来逼迫学生言听计从。用前一届压下来的文章和数据诱骗下一级学生读博士（“读我的博士吧，以后没有投稿的数据都是你的”）。

南开物理行政乱，不好就业，有毒危险。一般来读博士的都是二本的学生，曹亚安教授忽悠本科是 985 的读硕博连读，占大便宜的是他曹亚安，吃大亏的的是学生。就好比他曹亚安用清洁工的待遇雇到了 985 的硕士毕业生。

3. 曹亚安教授把发一篇文章给 2000 元钱挂在嘴边对学生画大饼，让学生熬夜做实验。学生发出文章后，就装穷，骗学生假装没项目经费了，耍无赖不给当初允诺的 2000 元奖励。

学学曹亚安的装穷说辞：“我得给你们到处借钱才能凑够助研津贴，所以论文奖励没有了”

-——– 实际上都是假的，钱都被曹亚安挪用去在南开大学泰达学院中央的饭店三楼和领导们喝酒时签单子了

4. 把已发表的中文论文翻译成英文投稿，来疯狂批量 “生产” 英文 SCI 论文, 骗取国家经费来公款花天酒地

下图是曹亚安的一篇中文翻译成英文二次投稿出来的论文，被审稿人识破:

5 曹亚安为了他的私利，把学生忽悠了，他在研一时画大饼假装给学生些数据，假惺惺地对学生好，忽悠学生硕博连读签卖身契，学生就没去弄公派留学。光催化的博士又危险又不好找工作又伤害身体，曹亚安还是做光催化里水平最差的那档，他纯粹为了灌水论文忽悠些国家经费来捞名捞利。这骗子先画大饼，假惺惺的要对学生好，把学生忽悠过去牺牲健康给他做廉价劳动力，违规多招生让实验室好几个人抢一个人的资源勾心斗角，然后学生干完活后他就各种挑我毛病踢开学生

6. 每年自己名下招一个博士，再招 2 个博士虚挂在其他老师名下，实际上这 3 个博士都是给曹亚安做苦力干活, 每个博士只能分到其他组博士三分之一的资源。曹亚安一份补助分三个人干活，相当于黑心包工头一份工资诱骗了三个民工来做苦力。

7. 曹亚安在办公室到处乱放痔疮膏，让学生们恶心. 曹亚安痔疮发作就会训研究生们拿学生们出气

高校里现有的研究生体系是基于利益错综复杂的裙带关系，家长式等级固化。不同于发达国家的高校将研究生视为独立的研究人员，中国的高校及导师将独立平等的师生关系视为师徒关系。这为保护学生权益带来负面的环境影响。 “在这种家长式的大结构下，上面的老师对自己下面的学生、或者是已经留校工作的学生，有一种等级式的控制权。”

摘录自博客: http://scientificresearch.website/daoshi/​
渣导师曹亚安电话: 13602100636  邮箱: caoya@nankai.edu.cn  

知乎用户 tommaxmim 发表

很正常。

一旦核聚变发电商用，最大的用途之一就是淀粉等基本营养的合成制造。

进一步释放传统土地、阳光与水的传统农业。

知乎用户 阳光 发表

很厉害的技术突破！只是距离实际应用还有很多路要走。举个水培技术的例子：现在的农业栽培技术，已经可以脱离土地和环境的束缚了，只是由于设施成本和管理成本的问题，一直很难大面积推广。

知乎用户 阅读修身​ 发表

首先为这些科学家的成果祝贺。

再次为我国在二氧化碳合成淀粉的创新点赞。

这样是不是意味着，空气中的二氧化碳都能使用相应设备转化成淀粉呢？这是不是意味着我们再也不怕大气中二氧化碳含量会过高了吗？

超厉害。

这样的话，减少化肥、农药等的使用，同时能够更快速的生成淀粉。至少比田地里种麦子的效率要快得多。除此之外最重要的降低合成条件和能耗，以使其达到实际工程或者应用的工业标准。

这样变革应该是人类世界的福音。

赞！

知乎用户 有囗部萌 发表

没提二氧化碳浓度数据

高浓度那就是长期的利好

低浓度应该立刻就有利好 尤其是空气浓度那么低的情况

知乎用户 TSOl 发表

泻药。

看到些回答有点无语。二极管太多。

有些说这是不可能的，又造假了巴拉巴拉。站不起来的人太多了。

有些说这是诺奖级成果，解决了全球变暖和人类外星生存的难题。

这些答主的共同点，可能连淀粉是一种糖都不知道。

二氧化碳制备糖在科学界算是一个 “古老” 的问题。

也算是一个早就攻克了的问题。现在的问题是什么呢？是成本。这个成本虽然包括经济成本，但主要是指的易用性转换周期等。因为需要用到这个技术的地方不是地球，而是宇宙探索。

华人科学家杨培东的方案就曾获奖，原因就是制备方法适宜。

在这边祝贺我国团队取得辉煌成果的同时，也希望科普工作者戒骄戒躁，成熟稳重点。另一方面，希望自媒体少造谣，别明天又诺奖或者有毒了。

知乎用户 极道胁迫 发表

和建政群群友讨论了下，结果讨论来讨论去，最靠谱的是提供饲料，降低养殖成本……….

知乎用户 DOOM SLAYER 发表

对实际生活没有什么影响。日本的藤岛昭研究了二十多年二氧化碳合成有机物，最后无法实际运用的选择就是转化效率过低。不过他的研究，倒是给我们这边留下了很多水论文拉经费的素材，可谓是功不可没啊。

本质上是用二氧化碳和酶和氢气制造甲醇，再用甲醇合成淀粉。

至于碳中和什么更是没意义，就算不管能源消耗，快进到食品运用，人吃完东西也是要呼吸的。

一切从二氧化碳变有机物的做法，都只有争取研究经费的价值，不具备实际运用价值。只要看到是二氧化碳到有机物，任何国家任何团队任何人都不可能让这种实验室研究达成可以在真实世界里运用的地步。

至于能量充足的条件下可以 xxx 这类说法，也是胡扯，就算不可能搞出来的可控核聚变真的出来了，也要考虑地球本身的散热能力。

其实，这个实验真正有价值的地方，是人工智能辅助设计路径。

知乎用户 生非异 发表

二氧化碳本来就可以合成淀粉，大家更关心的是能耗的问题，能否公布下能耗和能源来源？让大家看看可行性如何？

私以为最佳的降碳方式还是开源节流。一方面搞工业式的农业种植，速生草本、木本特别是海洋种植搞起来，加速生物固氮；培养和发现微生物催化固碳，提升生物固碳的效率。这些基本依靠太阳能，属于清洁生产。另一方面减少化石染料作为能源的使用，人工干预极地、冰川区的沼气、天然气等地下温室气体的排放，设法堵上那些坑洞，我不信人类真的没有办法。或者，设法收集那些气体作为资源使用。实在不行，点把火烧了它，让它们从甲烷变成二氧化碳，也可以大大减小其温室效应。

如果二氧化碳合成淀粉依赖的还是电能等传统能源，那这种技术就毫无意义，纯粹是骗资金的项目。

知乎用户 棱镜 Talk 发表

知乎用户 排名君 发表

意义重大, “喝西北风” 将成为现实.

知乎用户 持螯听海 发表

这个有先进意义，但是当下不会有什么影响，这种合成能量消耗很高，在核聚变实现之前都没有大规模应用的可能性。追加一下说明，如果是为了储存分散式的光伏风电等电力，其他合成化工品比淀粉容易多了，能量效率也更高。技术上完全没有瓶颈的电解水制氢再合成氨就是个例子。

知乎用户 叶理央 发表

人类文明会记住这一刻

知乎用户 唐果​​ 发表

为了 2060 年碳中和目标，中国陆续承诺停止新煤电项目建立低碳环保能源体系，与此同时作为一个农业大国我们开始加深研发原创性从 0 到 1 的基础学科研究以提升农业现代化水平，这样背景下二氧化碳合成淀粉实验取得突破，理论上我们可以仿照自然在没有光合作用情况下工业生产淀粉，淀粉是维系人体需要植物蛋白重要原料，这意味着中国粮食安全在杂交水稻后又进一步解密生物基因。

从好莱坞灾难电影里，我们看到冰天雪地万物凋零的《后天》，还有洪水滔天的灭世玛雅人太阳历法预言《2012》无论灾难以什么样形式降临，人类只要保证粮食安全就可以获得生存发展下去的机会，这是一个国家最重要的安安安全保障，知名作家宋鸿兵西写出《粮食战争》来用经济学原理阐述贫富差距越来越大的发达国家与发展中国家和欠发达国家十年共存权博弈，国与国围绕粮食安安全博弈可能是人类第三次世界大战起源。

美国和西方国家用资本主义价值看待发展中国家与欠发达国家生存权，他们对自己国家贫富差距越来越大尚且冷眼相待更不要提人类命运共同体了。拿美国撤离阿富汗的事情来说，阿富汗国家银行美元外汇 80 亿美元被美国冻结，阿富汗人失去自己辛辛苦苦积累财富陷入生存危机，经历二十年战乱，阿富汗依靠国际社会援助维护生存。美国人不负责任撤离和冻结阿富汗外汇储备美元资产造成数千万阿富汗人面临人道主义危机。

对于阿富汗人道主义危机，中国本着人道主义和人类命运共同体的原则慷慨解囊鼎力相助，这是我们一直以来睦邻友好的原则。

日内瓦组织的联合国简报会议上，人道主义事务协调办公室的发言人珍拉尔克发言称，在塔利班组织领导的阿富汗政权之下，阿富汗正在面临着一些系统上的崩溃，比如一些基本的服务，医疗、卫生等方面，还有食品等其他的援助都差不多要耗尽了。

因此在这次会议上，拉尔克呼吁各国对阿富汗进行资金、物资上援助。大概需要 6 亿美元的资金援助，用来解决人道主义所面临的困境，就可以帮助阿富汗境内的 1000 多万民众顺利度过接下来的四个多月。

拉尔克还说，这笔筹集起来的资金，大概有 2 亿是用来为民众提供最基本最关键的温饱健康问题，还有全部妇女儿童的紧急治疗问题。同时在会议上还提到，因为当初的美军撤离行动，带动了多数民众的恐慌，因此直接导致数以百计的儿童与家庭失联，从侧面也凸显了阿富汗境内局面非常的混乱。

中方已决定向阿提供价值 2 亿元人民币的相关物资，包括捐赠首批 300 万剂新冠疫苗。中国能够率先控制疫情并且向全世界 150 个国家提供疫苗和抗疫物资，这是中国强大经济基础和集体主义精神做战略支撑的。

手中有粮，心中不慌，改革开放四十年，中国人解决了温饱正在朝向健康营养方向迈进，面对温室效应加剧和世界不确定因素增加，中国在保障粮食安全问题每一次进步一小步都是人类文明可持续发展一大步，从人类文明发展历史经验看，美欧殖民主义和帝国主义历史情结仍然在现实世界如火如荼变换形式在推行。

2060 年中国会实现碳中和，这是巴黎气候公约实施方案落地坚强基石，至于美欧轮流坐庄不断变化的国策战略和毫无信用的政府没有太大指望，也许人类终有一天会选择宇宙作为栖身之地，宇宙中适合人类居住的星球缺乏许多地球这样优越环境，那个时候谁掌握生存核心竞争力谁就具备话语权，只有奉行人类命运共同体理念的中国才是人类文明可持续保障。

知乎用户 六只正在飞的羊 发表

各位看官不要嫌这玩意效率低。真比较起来，植物对于阳光的利用率是很低的。参考太阳能制氢中 STH（太阳能到氢气所具有的化学能）效率的计算方法，计算植物的 STS（太阳能到淀粉 / 植物全部干物质的化学能），还不到 1%. 作为对比，太阳能电解水的 STH 效率最高已经超过了 30%，再用这些氢气去制淀粉，总的 STC 效率比植物高几倍是不成问题的。

某些人阴阳怪气地表示早就有人实现过这一途径，因此不算是重大突破。我想问你咋不说用 Kiliani-Fischer 增碳法可以从乙醇醛或者甘油醛开始也能合成葡萄糖和淀粉呢？这流程做出葡萄糖甚至不需要任何有机试剂。啥方法有实用潜力你看不出？

[A synthetic pathway for the fixation of carbon dioxide in vitro​www.science.org/doi/full/10.1126/science.aah5237

](https://link.zhihu.com/?target=https%3A//www.science.org/doi/full/10.1126/science.aah5237)

这玩意有实用潜力吗？每毫克蛋白质每分钟转化 5 纳摩尔的二氧化碳，一年生产 8000 小时，每克蛋白质才能转化 2.4 摩尔碳，也就是 105.6 克二氧化碳，产生的糖类物质还不够 1 升可乐的用量。

知乎用户 王明阳 发表

没啥影响。中国的科研转化是个巨大问题。

知乎用户 老牛头​​ 发表

如果能大规模应用，意味着人类脱离了植物中的叶绿体产生糖类，从整个生命演化史上来看，与人类能够进行基因编辑来自己进行 “自然选择” 有同样重要的意义，人类在不受自然控制的道路上又前近了一步。不过与基因编辑相比，大规模工业从二氧化碳合成淀粉应用性更广，且伦理道德问题更低。

知乎用户 假面骑士 发表

看了眼新闻，不完全是人工合成。

这不像是合成氨那样直接摆脱了对生物催化剂的依赖。这个新闻里还是大量，大范围的使用从多种生物中提取的酶作为催化剂，成本之高昂，步骤之繁琐，不可能大范围量产。

而且有取巧嫌疑，本质上并不是用二氧化碳制淀粉，而是用甲醇制淀粉。酶以其精密的结构高效催化反应，使得植物可以从常压的空气中捕捉微量的二氧化碳，人类科技想要超越这点，起码先把设计酶、合成酶的科技树点出来，而不是靠筛选酶。

按这话术和创新思路，我也能点石成金，变水为油。第一步，通过交易将石头和水变为钞票，第二步，通过交易将钞票变为黄金和汽油。

知乎用户 LunaFallenMist​ 发表

一个刚出生的婴儿有什么用呢？女士？

知乎用户 洋耗子 发表

我就不明白了，在只有理论能量转换效率，而没有透露任何全流程能量损耗的时候，为什么一个个都这么兴奋的跟什么全球变暖挂钩？

说白了，通过化学手段吸收二氧化碳达到固碳的效果实际上并不难，太多的路线可供选择了。但是在全流程能量能耗上有竞争力，能够大规模推广，并且在经济上至少不太亏的路子，那就很少了——甚至可以说没有。

所以，如果不涉及这块，那么其实就是研发成功了一个新的化学合成路线。未来也许能在某些特定场景下达到工业化，但是说到解决全球变暖，这就夸张过头了。

知乎用户 chenc 发表

可以研究人类直接充电补充能量的技术了

知乎用户 匿名用户 发表

看到一篇应该比较专业的报道

转载一下

[Science 重磅：我国科学家突破 CO₂人工合成淀粉技术！​mp.weixin.qq.com/s/onnnUydFo93F_LcNlbYy_Q

](https://link.zhihu.com/?target=https%3A//mp.weixin.qq.com/s/onnnUydFo93F_LcNlbYy_Q)

就显然这个技术本身肯定是重磅技术，主要是要讨论应用前景就需要回答我我问的两个问题了

还没看论文

但是有两点疑问：

1. 耗能如何？
2. 催化剂的效能如何？

等我今晚把论文找来瞅瞅再补充

知乎用户 子青​ 发表

心中一阵悲凉……

我手上有两个课题，

一个是碳达峰和碳中和，

一个是耕地保护，

看到这个新闻脑海一片空白，

曾经悲天，悯人，愤世，嫉俗，

现在茫然，麻木，弱小，无助……

早知道应该去研究核聚变

知乎用户 紫悦 发表

魔兽世界里法师的造食术实现了，果然魔法和科技是互通的

知乎用户 billwood168 发表

正如有些答主隐晦的提到了，这项技术意义重大，但未来商业化落地几乎不太可能，目前只能算实验室的研究。

国外早已经率先合成了单糖，这次中国的科技人员是更近一步的合成了结构更复杂的淀粉。

这次的宣传其实是有误导性的。二氧化碳不是直接变成淀粉，而是先和氢反应生成甲醇，再由甲醇酶化成淀粉。本次研究只是甲醇通过酶化合成淀粉的部分。

而二氧化碳变成甲醇，这是储能行业的技术，是现成的成熟工艺，就是所谓的 “液体阳光”，而且只是储能研发的一个小分支，成本也不划算，无法大规模推广，只能部分特殊地区使用。无论是用四川的水电还是甘肃的太阳能，甚至未来的核聚变，电力能源充沛并不等于无成本。这部分是强行加入进来的，并不算这次的研发内容。

而甲醇目前价格 3200 一吨，淀粉 2900 一吨，按科研人员接受采访自己说的，几公斤甲醇最后生成了 2 克淀粉而已，目前转化率不足千分之一。即使未来这个工艺研究到极致，可以 0 成本 0 损耗转换，用价格更高的甲醇生产更便宜的淀粉，生产出来也是亏本的，没有商业化的价值。

综上，二氧化碳合成淀粉整个流程，是两个注定亏钱的步骤缝合在一起，无论技术怎么提升，未来都是赔本买卖。

所以这项技术意义重大，实现了模拟自然 0 到 1 的突破，向科技人员致敬！但这个技术更像是一种特殊情况下的技术储备，正如评论里有人提及的，即使技术成熟也看不到产业化的未来。生产出单糖就已经可以给人或动物供能，没必要再进一步合成淀粉。淀粉吃下去也要分解为葡萄糖。而二氧化碳转单糖早就已经研究出来了。

这个技术连国家重点科研项目都算不上，不知道全网为什么这么兴奋，连诺奖的说法都出来了。

哪怕第一步二氧化碳变甲醇，能做到比现在普通工艺做的甲醇便宜，各种意义都比后面做淀粉的技术成就大十倍百倍！淀粉不缺，甲醇现在可是不断涨价，到处缺货。

至于什么星辰大海，连研发人员也没敢这么吹。都星辰大海了还吃啥破烂淀粉哟，给你瓶香水闻一闻就可以顶替吃喝，不是更有想象力，哈哈。

知乎用户 疾风之科基​ 发表

没有了光，怎么合？

知乎用户 飞雪连天​ 发表

这才是真正想移民火星的科技进步。

知乎用户 宁静致远 发表

聚合是我的专业之一。

毕业论文也和淀粉有关。

十年前，美国海军研究从海水中提取二氧化碳造煤油有了进展。自然有人吹上了天。

我的评价只有四个字，钱多任性。当然，军事上很多是不考虑成本的。

国内这个技术么，当然不能这么评价。希望该团队继续努力，早日看到工业化生产的曙光。

不如先关注合肥的那个炉子吧。

知乎用户 匿名用户 发表

知乎用户 哈哈 发表

当下没影响。

利好概念股之类的。

实验室出来，大规模生产必然有限制。

对未来会有影响。

我们人工合成了好多工业品。

事实证明大家还是喜欢天然的。比如宝石，食品添加剂，石料，纺织品，还有救命的药品等。

但是为我们的科学家鼓掌，他们最棒。

知乎用户 厦门最后纯情男高​ 发表

科研人员很辛苦啊

知乎用户 安其拉面 发表

要解决农业问题，粮食是人们最重要的事情，农业问题是中关系到人类的生存。

这种工业方法，可以解决农业所需的耕地资源和淡水，避免使用农药和化肥，提高食品安全。

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。

知乎用户 探真理 践真帝​ 发表

知乎用户 Mr 雷行知​​ 发表

知乎用户 gkj155 发表

五问新成果——来自中国科学报

一问：他们为什么要合成淀粉？淀粉并非稀缺资源。要想得到淀粉，最简单的方法是直接从玉米、薯类等农作物中提取。那么，科研人员为什么还要费时费力地合成淀粉呢？

“我们是想把非常慢的、大面积种植的农业过程，变成高效的、集中化的工业过程。” 论文第一作者、中科院天津工业生物所副研究员蔡韬告诉《中国科学报》，“农作物生长周期长，需要大面积种植，而且用于提高产量的各种育种技术已进入平台期，如何更高效地生产淀粉成为一个巨大的挑战。”

长久以来，为了提高农作物产量，更高效地从自然界中获得有机物，科学家们探索出了杂交育种、分子育种等各种遗传育种的办法。在遗传育种将农作物产量向极限提升的同时，生物合成技术也受到关注。

2015 年，国际纳米材料科学家杨培东构建出了一套 “人工光合作用” 系统，通过纳米线和细菌组成的系统，模拟自然界的光合作用，把二氧化碳和水转变成碳水化合物。2018 年，美国国家航空航天局（NASA）还发起了名为 “二氧化碳转化挑战赛” 的“百年挑战计划”，希望能将火星上最充足的资源——二氧化碳，转化成葡萄糖等有用的化合物，以满足人类在火星上生存和生活所需。

从 2015 年开始，中科院天津工业生物所科研团队启动了人工合成淀粉项目。“之所以选择做淀粉的人工合成研究，是因为淀粉很重要，它是农耕文明的核心分子，提供了人类生存所需的热量。” 蔡韬说。

“全球以淀粉为原料的产品大约有 3 万多种，我们如何能找到更廉价、更大量的替代淀粉？这项研究已经迈出了重要一步。” 未参与此项研究工作的中国工程院院士岳国君评论说。

二问：淀粉是怎么被合成出来的？

“我们的整体设计思路是将热电厂和水泥厂排放的高浓度二氧化碳分离出来作为原料，将低密度太阳能转化为高密度电 / 氢能作为能源，形成简单的碳氢化合物，然后再设计出从碳氢化合物到淀粉的生物合成过程。” 蔡韬说。

早在 2015 年，科研团队就确定了这一设计思路，此后 6 年里，在二氧化碳电 / 氢转化甲醇技术基础上，科研团队一直摸索的就是从碳氢化合物到淀粉的生物合成路径。

“淀粉是一种复杂有机物，它的合成也是一个复杂的过程，我们要把它简化变成一个简单的过程。” 蔡韬说。

最初，他们在从二氧化碳到淀粉的 6568 个生化反应中，计算出了一条最短的合成途径。这条途径共有 11 步主反应，大致是先做化学反应——利用高密度电 / 氢能将二氧化碳还原为碳一化合物，再做生物反应——将碳一化合物聚合为碳三化合物、碳六化合物（即葡萄糖）直至长链淀粉分子。

但这只是一条理论的虚拟途径，科研团队必须在现实中把这条路走通。“计算出来的途径中，很多酶的组合在现实中是从来都没有出现过的。”蔡韬说，不同的酶 “脾气秉性” 不同，它们组合在一起之后会产生一些不可控的问题。

例如，生物合成的第一步是要从碳一化合物合成出碳三化合物，而此前国内外的研究成果一直存在合成产物不可控的问题，从碳一化合物可能会产生出碳二、碳三、碳四化合物甚至更多碳的碳氢化合物。于是，他们从头设计碳碳缩合酶新序列，创建出了非自然的碳碳缩合酶，以促成从碳一化合物到碳三化合物的聚合，最终他们成功地实现了从甲醛到 2 - 羟基丙酮的可控生化反应。

与此同时，他们还进一步改造来自动物、植物、微生物等不同物种的生物酶催化剂，构建从 2 - 羟基丙酮到葡萄糖异生代谢、多糖聚合功能模块，组装复杂的生化级联反应体系，通过蛋白别构调控改造、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。

经过各种优化，科研团队成功将从二氧化碳到淀粉的合成途径简化至 11 步，并实现了精准调控。“这就是我们最初的梦想——凭空制造，随心所欲。” 论文通讯作者、中科院天津工业生物所所长、研究员马延和说。

三问：人工合成的淀粉跟自然淀粉一样吗？

“如果把人工合成淀粉做成面条、粉丝的话，大概会像意大利面那样非常劲道。” 马延和表示，自然淀粉中是直链淀粉和支链淀粉混在一起，目前实验室里合成的主要是直链淀粉，合成的支链淀粉还没有自然淀粉中的支链淀粉那么复杂。

“从外观上看，人工合成淀粉跟从玉米、薯类等农作物中提纯出来的淀粉看起来是一样的。” 蔡韬说，实验室里通过人工合成产生的淀粉处于溶解状态，“是比较稀的淀粉糊糊，干燥后会变成粉状”。

科研人员对淀粉的基本判断方法是在溶液中加碘液，直链淀粉遇碘呈蓝色，支链淀粉遇碘呈紫红色。此外，他们还专门对合成物进行了理化分析。“通过核磁共振等检测，它和我们自然生产的淀粉是一模一样的。” 蔡韬说。

四问：有可能实现工业化生产吗？

作为一种基础研究领域的原创性突破，人工合成淀粉仍处在实验阶段。那么，未来它是否有工业化生产的可能？对此，科研人员表示，有潜力也有挑战。

“实验室里合成出淀粉大约需要 4 个小时。就人工合成淀粉的途径来看，从太阳能到淀粉的能量效率是玉米的 3.5 倍，淀粉合成速率是玉米淀粉合成速率的 8.5 倍。” 蔡韬说。

他告诉记者，在实验室里，规模还比较小，平均一小时能合成出的淀粉只有几克，但是按照目前的技术参数，在能量供给充足的条件下，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平均年产量，这为淀粉生产的车间制造提供了可能。

“如果人工合成淀粉示范可以达到理论能量转换效率的 80%，那么 10 度电大约可以合成 1 公斤淀粉。” 马延和说。

同时，蔡韬也直言，产业化应用还有很大挑战。一方面，在工程生物学基础理论和工程设计方面还有问题要解决，另一方面，就经济性而言，从控制过程成本初步计算，只有当二氧化碳到淀粉合成的电能利用效率再提高数倍，淀粉合成的碳素转化速率再提高数十倍，才能与农业种植竞争。因此，要想实现工业化生产，还需解决诸多的科技难题。

五问：接下来他们还要做什么？

“我们做的是应用导向的基础研究，目前取得的只是阶段性进展，后面还面临着很多难题。” 蔡韬表示，科研团队已经迈出了第一步，即从理解细胞的基础代谢原理到设计细胞外生物化学反应途径，接下来，他们还要建立从二氧化碳到淀粉的可控网络和生态系统，并尝试在细胞内实现淀粉的人工合成。

产业化也是他们努力的方向。“我们计划在未来 5 至 10 年内，建立工业示范，以工业尾气为原料，利用光伏等可再生电源分解水提供氢气，在化学反应器中进行二氧化碳高效还原，在生物反应装置中合成淀粉。” 马延和说。

此外，蔡韬表示，目前研究团队规模尚小，希望与相关研究所、大学和企业等创新力量加强合作，推进人工合成淀粉工程化进程。

“中科院将集成相关科技力量，一如既往地支持该项研究深入推进。”中科院副院长、中科院院士周琪表示，后续研究团队还需要尽快实现从 “0 到 1” 到“1 到 10”突破和 “10 到 100” 的突破，最终真正解决人类发展面临的重大问题。

知乎用户 haha kim 发表

太牛了，这是科幻作品里才有的啊。

如果此项技术成熟了，那么不但碳中和的目标有望提前实现，而且还可以去国际上搞搞事，助力伟大复兴。

1、参与碳指标交易，不但可以从欧美手中赚钱，而且还能顺便折腾折腾他们。

友好的（比如塞尔维亚）就便宜点，不友好的（比如立陶宛）就高价，过于恶劣的就制裁（不卖给他们）。看看到时候还有谁愿意割自己的肉来反华。

2、用来援助其他国家（比如一带一路和上合），这可比直接投资划算多了。

知乎用户 竹叶不知秋 发表

如果真的能工业应用，怎么赞誉都不为过。

这会是农业的革命。

人类终于能靠喝西北风活着了。

知乎用户 猫耳朵​​ 发表

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可控聚变发电 > 淀粉营养合成 > 人工肉类 > 营养补剂工业化 > 强 ai 自动维护工厂智能体系 > 沙漠海底巨型工厂 > 地表人类命运共同体人口突破一千亿 > 太空家园改造机 > 星际殖民

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知乎用户 yq wu 发表

我辈俗人兼吃货，只想问一句

能？怎？好？（震声）

按照本地的预期寿命，我应该还有差不多 30 年，感觉肯定能吃上。能怎好必须要问清

知乎用户 William Zhang​ 发表

这玩意到完全的产业化大概相当于第一次做出来二极管到能买到 iphone 那么远。

所以短期来看，如果国家不砸钱，这可能就只是个新发现而已。

但是在不知道多远的未来，如果能完全摸清里面的细节，这个技术就堪比合成氨了。到时候弄好几个诺奖都是小问题了。

知乎用户 Patrick Zhang​​ 发表

了不起！

虽然我是外行，但也能看出这项实验结果与人类的粮食安全密切相关。如果将来某日真能实现，可以彻底地改变粮食生产，让人们去做更有意义的事情。

期望能看到工业化生产淀粉和粮食的那一天！

知乎用户 今生有幸入华夏 发表

看到这篇新闻时，我正躺沙发上撸着外卖小哥送来的烤肥腰，刷着小红书，而老公正帮我捏着脚和小腿。

突然弹出这条新闻，我站了起来默默地鞠了个躬。

老公一脸懵逼，问我干什么。

我又默默坐下，只呲着大黄牙对他笑。

他没再问，因为我经常做些没头脑的事情，他已经习惯了。

我看着他专注地凝视着我的脚的侧颜——这个深爱着我 10 年的男生，他永远不会明白———

我的大爷爷和我爷爷是兄弟俩。他们幼丧双亲。大爷爷比爷爷大了 11 岁，于是担起了爹妈的责任。在我爷爷 9 岁时——那是 1946 年，他的哥哥，他既当爹又当妈的哥哥，为了尽可能地多省口吃的给自己的弟弟———活活饿死。

几十年后，我记得有一次爷爷端起一碗白米饭刚吃一口，就忍不住提到旧社会时的这档子事，又泣不成声。

解放后，老百姓明白了人定胜天的道理，坚定地同自然做斗争，甚至在无穷的干劲中激发出 “欲与天公试比高” 的豪言壮志，最终终于解决了粮食短缺的问题。这是大爷爷生前永远没敢奢望过的。（在这里再次深切怀念袁爷爷）

几次自然灾害，任他洪水台风地震，只会让种花家更坚强更勇敢更团结。几千来来形成的大灾之后必饥荒的铁律，在这个新时期已经完全不适用。特别是近期的小小洪水，就像洒向太阳的毛毛雨，不值一提。

今天，经过这短短几十年，谁能想到，我们已经没兴趣和老天比高了———老天根本没资格成为我们的对手了——

洪水，干旱？呵呵，这些小伎俩也就只能摧毁小小几亩地而已。科学家们实验室里已经合成淀粉啦！哈哈！想想老天爷折腾一番徒劳无功，既看不惯又干不掉我们急得跳脚的样子我就想笑。

也许他永远也搞不懂：为什么自己已经没资格成为中国人民的对手了。

今生有幸入花下。这句话并不准确。应该是今生有幸入当今花下。这样改一下，就熨帖至极了。

知乎用户 孤鹤 发表

现在就算不能量产，后面肯定也是趋势，再搭配电信号模拟嗅觉味觉，人就可以去虚拟世界生活了，外面打点淀粉啥的营养素，里面好吃好喝就完事了。

利好元宇宙不用我多说了哈哈哈哈哈哈。

知乎用户 如风的背影 发表

不请自来。

利益相关: 催化研究相关人员

泼一点冷水。

确实是重大突破，但是还是要明白一点，这个技术并不是像植物一样靠二氧化碳和水作为原料产生淀粉。这个原料是二氧化碳不假，但是采访中也提到了，需要在高密度氢气下进行反应，是需要大量氢气做还原剂将二氧化碳转化为甲醇，再进行后面的一系列合成步骤。很明显，这和当前的光合作用从原料上来讲有着本质区别。现今工业上大部分的氢气还是来自于化石燃料 (比如石油的重整反应，低碳烷烃的脱氢，水煤气反应等)，除非哪天能解决氢气的供应问题 (比如高效的太阳光光解水)，否则这个报道里的工艺短时间内还是没有很明显的工业应用前景。还有包括它还需要酶作为催化剂，还无法全部用无机工业催化剂替代，不太符合现在化工行业的大规模生产。只能说，还是任重道远。

当然，这个工作确实也是人类迈出的一大步，值得鼓励，只是希望大家现在不要有一些不切实际的想法，包括什么获得诺贝尔奖什么的，就大可不必了。

知乎用户 spasibo 发表

实在不懂的我简单科普一下他们干了什么，首先甲醇是二氧化碳还原得来的，这个工业上已经有了，重点是从甲醇到淀粉，他们工作的创新点在于选择了一条比较好的反应路径（他们称之为 ASAP），这个课题如果让其他课题组来做，可能需要十几步，二十几步，但是他们做到了十一步反应，并且把他们的反应路径进行了优化。

然而为什么明明有现成的合成路径没人去做呢？因为这些都是可以预见的，没必要做，基础研究实际上不是搭积木，是设计新的积木形状，给工业提供各种积木形状。如何搭积木是工业的事情。工业不想搭这个积木，因为过程太复杂，而且到不了食品级，而且亏损严重，基础研究应该做的事是设计出新的合成方法，原本的四五步可以变为一步，而不是拿着已经有的合成方法自己拼一个模型，这属于越俎代庖，也属于科研界经典的话术套路：五十步笑百步，就是拿一个比自己差的和自己比较然后鼓吹自己有多好，实际上只是两个在比烂。具体到这个工作，不论是 20 步反应还是 11 步反应没有任何区别，就是比烂罢了。如果他们做的工作是将 20 步反应的其中两个合并成一个反应，都比这个缝合 11 个来的实际，说到底就是原创性不足。

如果工业可行早就有人做了，谁不想赚钱呢？可是现在做基础研究的很多都是把工业想当然，因为大学实验室里的科研人员对于工业的了解主要来自于别人论文里的背景介绍，举一个简单的例子，实验室一般用的是分析纯试剂和高纯气体，而工业上一般不会用高纯度的化学品作为原料，因为太贵了，用的原料都含有杂质。别小看这一点杂质，很多反应到工业完全做不出来或者做出来的化学品质量很差就是因为杂质，有时候甚至同样的乙醇，换了一家公司的乙醇，由于杂质不一样，原本做不出来的就能做出来了。

所以专业人员应该干专业事，做基础研究就好好做基础研究，搭装置应该是实验室里面初步可行且有理论经济效益的时候再与工厂合作搭，由于实验室效率必然高于工业效率，实际可能的情况是实验室可行，工厂不可行。

至于为什么能发 science，science 喜欢这种比较系统全面，而且立意比较高大上的文章，而很多基础研究可能是合成有突破但应用缺乏突破，再加上导师的圈子，其实做一个方向来来回回就这么几个有名的课题组，虽然表面上审稿是公正的，实际上同样一篇论文挂在不同老板名下它可能是 science，也可能是下一档的大子刊，也有可能是下一档的小子刊，jacs 等等。如果导师没有名气可能只能在更次的期刊见到了。说这些不是否定他们的工作，只是为了说明被 science 接收并不意味着就是好工作。

原答案

不说别的，全合成成本太高了，中间步骤全部是已有现成的，很多是酶催化，只是缝合在一起罢了，就基础研究来说的确有意义，但是这东西真想做很多有机课题组都可以做，并没有技术含量，仅限于发文章的有意义，吹太过大可不必。

而且我注意到新闻报道说能解决粮食问题，首先不谈成本，就说 11 步反应，你要做工业化，用到的溶剂里面重金属离子多少，副产物多少，根本不可能做到食用级别，最多也就是替代工业淀粉，文章里也提到了最后的淀粉产物是红棕色。

其次比较能量效率，懂得都懂，这种比较就是自己设置一个有利于自己的条件进行比较。

其次是产率，我不知道 11 个反应做下来有多少产率，虽然很多是酶催化，但是到工业以后肯定不会高，就算每个反应 95% 产率，也只有 57%，而工业上大多数反应能做到 90% 就很好了。

最后是放大，工业和实验室最大的区别就是实验室能做出来的东西放大到工业各种性能比如产率就不行了，尤其是酶这东西太娇贵了，很容易失活，所以像新闻里面理所当然的认为放大以后还能有这么高反应速率是完全不正确的。

知乎用户 黄裳 发表

我觉得这个事情不宜太过乐观，我不懂生物化学，也看不懂这到底是什么技术。但我从逻辑上来分析一下，你们看我说的对不对。

淀粉可以作为人类的主食，提供人体需要的主要能量，这是几十亿年的进化提供的成熟的能量解决方案。提供淀粉的是植物，是它们通过光合作用，把能量固化在体内（淀粉），植物这样做是为了给自己提供能量。

也就是说，太阳光的能量固化能力对植物来说是有决定性的影响的，谁能够提供更高的能量固化率，谁就会得到极大的进化优势。这种竞争会让植物 “想方设法” 的“开发”更高的能量固化技术。当然，我们都知道，这种技术就是光合作用。

可是，几十亿年的竞争下来，光合作用的能量固化率也不过 2% 而已（产生淀粉，其他答主提供的数据），为什么没有更高？？如果有其他的方案，为什么植物没有发现？？要知道植物是采用一个方案一个方案的测试这种方式进行的。植物虽然没有智力，但这种方法是穷举法，随着时间的推移，必然会得到最高效率的那种方案。植物在做这件事的时候，必然会不竭余力，因为任何一点的突破，都会给植物带来极大的生存优势。

可是我们现在知道，能量的固化率就是 2% 而已。

以人类现在的能力，要战胜几十亿年的自然选择，人类还是有点高估自己了。

实验室的方案必然只是用于实验，他们在计算能量转化的时候，是不是严谨？？仅仅计算几种主料的能量是不科学的，几种酶可能才是消耗能量的最主要方面。越是复杂的化学产品越不稳定，也更难获得。

其实，如果仅仅只是给人类提供能量，葡萄糖就可以做到了，没必要复杂到淀粉。

植物可能是经过了几十亿年的复杂演算，才最终选择了了现在的这种光合作用方案，虽然工序要复杂的多，但其实是最 “经济” 的方案。这可能才是事实。

不是要给科研泼冷水，科研当然是成功，值得庆贺，但实验室的成功离商业运行差的太远。

而且人类社会，不光要计算能量转换的帐，还要计算经济效益。这和植物不同，生物事关生死，是不计得失的，而人类有其他选择的时候，会选择最经济的选项。

试想如果当真有成熟的商业流程，那这种生产是直接晒太阳呢？？还是用电力来完成？？现在成熟的太阳能发电能量转化率不超过三成，如果用三成的能量再次转换，即便有 10% 的能量固定成为淀粉，那就比光合作用高不了多少了。

试想如果直接晒太阳，那会比种地更方便吗？？各种设备的成本是多少？？种地的成本并不高。

不是要打击谁，这些都是问题。

人类不过是自然的产物，人类想要研究自然的规律然后利用，这是当然的。但想要在复杂问题上超越自然的选择，这应该没有那么容易。

自然界能产生人类这种复杂物体，人类现在未知的自然规律还太多太多。

客观的聊一点现实问题就这么难吗？？？

谁也没说这不是科学成就，但有必要有一点风就吹成倾盆大雨吗？？至于我对美国人是什么态度，凡是我的老粉丝自然是知道的，我什么时候成了亲美派了？？这种科学发现自然有价值，但科学价值和商业价值是两回事。这些年这种新闻还少吗？？南海的可燃冰，当时号称要改变能源格局的，现在还有消息吗？？还有永远 50 年的热核聚变，还有什么石墨烯，过几个月就有类似的消息，你们都没有记忆的吗？？

我写这篇东西一来没有否认中国科学家的贡献，二来也是提供一种思路，并没有别的想法，可是怎么就引申到打压中国了呢？？中国的成功依靠的是千千万万劳动者的贡献而不是幻想。

知乎用户 半瓶醋 发表

看了一下，最厉害的进展是在甲醇合成到淀粉的步骤。如果直接以工业界的眼光来看，这一步实在是太没用了，因为淀粉太便宜，很难在可预见的未来给这个技术找到一个应用的场景。当然，从科学上来说这个工作的水平非常高，对于其他大宗有机产品的合成与生产也有很大的启发意义。

甲醇之前的两个步骤呢，二氧化碳制甲醇这一步冰岛已经有化工厂在做了，电解制氢瑞典好像有一个厂正在盖。总之都是属于还没大规模商业化，但是好像已经摸到一点儿边这种。如果要让这个人工合成淀粉的技术在实际生产中落地，前面两步反应的商业化必不可少，不然像现况这样甲醇和氢气的生产都严重依赖天然气，灰氢生产本身就还带有大量的碳排放，这笔账无论如何是不划算的。

总之就是觉得我们这种干绿氢的人还是责任挺重大的，未来五年之内大家应该会看到各种电解氢的厂子小规模开始上马了，但是从成本上应该还是干不过传统的天然气重整制氢。我们也希望类似的氢气应用技术能搞快点搞多点，把氢气需求拉上去一些。在新能源这个大领域兄弟爬山，各自努力。

知乎用户 节能君​ 发表

人类首次完成二氧化碳到淀粉的转化 再也不用去火星种土豆了

这是一项具有改变人类历史突破的研究进展，人类首次完成了替代植物光合作用获取淀粉的方法。

知乎用户 大先生​ 发表

对当下没有影响，对未来的影响并不大。

合成淀粉，这是个食物准替代品，“准” 的意思是一一一咱们没办法了才能使用它，平时只能广泛作为非食物用途才是正确的。

无论如何，合成淀粉是无法跟传统主食比拼营养成分的，小麦水稻玉米，这些作物都含有上百种特有成分，不是人类能简单替代的。

合成淀粉为什么不能替代主食？

1，潜在健康隐患，人类食谱是多种多样的，所需营养来自于各种类型的食物，光靠某几种主食无法长期保持人体健康。

人类对自身的营养需求目前只了解大概，还没有做到全面了解，所以，贸然以合成淀粉代替主食是非常危险的。

2，潜在间接影响，动物也不能以合成淀粉作为主要食物来源，这有可能间接影响人类健康。

合成淀粉可以先应用在什么地方？

1，首先是工业用途，比如造纸、纺织、粘合剂、增稠剂、非食用酒精等等方面，逐步替代人类口粮的工业用途，总之不会与人类食物沾边。

2，其次是日常用途，比如建材、燃料、肥料、艺术品材料等等，也不会与人类主食沾边。

对于很多人讲的 “太空食物用途”，我是嗤之以鼻的，合成淀粉只能与营养片一起，作为宇航员一段不长的时间内应急食物的需求，无法作为长期食物需求。这是肯定的。

人类长期的太空履行，最好的解决办法只有两个。
1，长期休眠，减少消耗，把旅途工作尽量都交给人工智能。
2，飞船农场，才是太空食物的主要来源，携带少量种子，完善的种植条件，足够的种植面积，这才是太空人保持健康的基本保障。
也就是说，只要飞船够大，携带的物资够全面，一切都好办。

知乎用户 匿名用户 发表

这篇文章实质的价值和很多这个回答下想得不太一样。

我就写一点，如果是以酶为基础的反应路线要实用的话还是要回到细胞内（实际上甲醇营养型细胞改造即可完成该工作所有步骤，但效率可能不好），体外很难这么多反应物和催化物的稳态，同时还有很多 cofactor 要再生（糖异生或者变成淀粉过程耗能，意味着你要源源不断补充 ATP，这里不断加聚磷酸，那不断产生的磷酸根要去哪？酶固定然后洗脱？此外开始部分可能还涉及氧化和产生甲醛，这步更是对体系影响很大的步骤），这个工作也是分步进行的。 另外考虑到酶生产基本也是要靠生物，除非这些步骤效率极高，不然完全脱离生物体这个非常好的自复制稳态体系似乎没有必要。

但是从另一方面来说，体外对于酶的选择，包括反应条件的测试，可以为重构具有这样功能的细胞提供非常有力的指导；个人看法是这项工作后面还是会回到细胞之中进行优化（刚和一些人讨论了一下，应该是下一步工作重点）。这项工作的贡献是把这些酶给走通了，同时第一步甲醛变 DHA 的酶是一个创新点（尽管不是这篇文章发现的）。

如果能维持长时间稳态，只产生产品，这已经是重建人工细胞的工作了，这个技术问题就远远超过这篇文章了。

知乎用户 yang leonier 发表

这是要解锁世代飞船科技树前置技术的节奏？

知乎用户 懦弱的人 发表

我这个化学博士可能水平太低看了介绍实在看不懂他们到底解决了什么问题？

貌似涉及的化学反应好像没有他们创新的。宣传多的好像是什么手段，但是这种手段是化学的突破还是帮助化学解决了什么问题？

感觉更像是忽悠文，因为科学贡献历来是具体的。即使是手段也应该注明解决什么问题才可以被承认？

反正吹牛不上税，剽窃造假不用负责任，捡着捞科研经费大把大把的就是目的考虑别的做什么，是吧？

知乎用户 法医廖小刀​ 发表

总有一天，大家都得喝西北风。

知乎用户 程序员伯恩 发表

知乎用户 为果为明 发表

知乎用户 佩哥聊热点 发表

知乎用户 我是心灵捕手深蓝​ 发表

知乎用户 眼镜眼镜我的命 发表

如果这一技术能够得到应用的话，那么对于人类来说无疑是一件巨大的利好消息，毕竟这样就可以养活更多的人口，也许可以消除饥饿。

知乎用户 央企会计小硕​ 发表

知乎用户 花楹 发表

中国搞出来的科技成果？

懂了。

一大波微信朋友圈谣言正在路上。

比如说 “致癌物” 之类的。

知乎用户 凌云山折 发表

农业才是真正的耗水大户，因为植物蒸腾作用消耗 99% 的水

如果这项技术成熟了，那么不光蒸腾作用蒸发的水可以节约，合成根茎叶的水也能节约下来

这才是彻底解决干旱问题和吃饭问题

知乎用户 匿名用户 发表

同专业同领域。今天组会叫学生讲了一下这篇文章。基本和我预计的一样，工作量巨大，如果稍低分文章工作量是 1，那么这篇文章就是叠加的 1+1+1+1+1…。创新东西不多，没有发现合成淀粉的新途径，也没有阐明新机理。途径的信息应该都是来源于已报道的文献和数据库，所以，简单讲就是优化而已。当然，似乎工科就是这样。。当然，这更加坚定了我们以后发高分文章的信心 ：）

同行微信群里，祝贺还有表达敬佩仰慕的很多，毕竟文章来自国内大佬团队，以后自己申基金看大佬脸色很重要。

至于外行们鼓吹诺奖，尴尬而不失礼貌的微笑一下。

知乎用户 张铎 发表

火电厂可以转型淀粉厂了？烧煤出来的二氧化碳产淀粉，发出来的电供能，完美碳中和。国家能源可以改名叫国家粮食了。。。

知乎用户 蔡子尤​ 发表

相信我，你根本不知道你此刻见证了一个多么重要的科技进步。这可能是整个地球生物圈诞生以来最重要的技术，而且几乎没有之一。这地球上除了硝化细菌之类极少数的生物以外，存活的能量基本都来自于光合作用，食物链的基础是光合作用的各种高等和低等带叶绿体的生物，通过光能，把水和二氧化碳转化成淀粉，储存能量。所以农业是第一产业，没有植物，基本其它生物就都灭绝了。你如果看过《星际穿越》的话，你就会知道，那里面的世界末日就是第一产业崩溃。但是中国发明的这个合成技术，可以绕过植物，绕过光合作用，而直接工业合成淀粉，它等于使得地球几十亿年来的生物圈的能量使用逻辑改变了，我们绕过了植物这个环节，甚至可以不用太阳能。现在所有科幻作品里对未来宇宙农业的描述都是火星种土豆或无土栽培之类，其实和几万年前的原始农业没有本质区别，它们受限极大，而且效率也极低。我们总说万物生长靠太阳，大地是万物的母亲，但是这种工业生产式的农业，也可能可以叫生物化学农业，是可以脱离土地、太阳，只要有能源，二氧化碳和水以及一些必要的原料，就可以在地下、海底、太空，乃至一切以前认为不可以搞农业的地方搞农业，养活人类和其它动物。即使不给人吃，也可以作为饲料，或者作为肉食用微生物的养分，进而生产动物性蛋白质。这个发明的意义是开创了一个新的农业门类，和种植业、畜牧业并列。这是什么发明？这比神农尝百草、比一切你所知道的农业上的进步都要重要，它将深刻地改变人类的农业生产乃至整个生物圈的能量循环模式，拓展地球生态圈向任何以前不适宜的地方扩张的可能性。

简称特别牛逼，特别特别特别特别特别地牛逼。

知乎用户 阿尔伯特 R 发表

作为行内人士，看到这个只想说一句，不忽悠你们怎么从国家骗钱？

知乎用户 Vane 发表

可以说这个研究成果对于未来人类登录火星提供了一个基础条件，粮食。

要知道火星上二氧化碳的含量是非常高的，如果有了这项技术的应用，那么就不愁登录后人类的吃的问题了，淀粉也为人类提供了最基本的能量。

知乎用户 玄袂临风​ 发表

人类找到了混吃等死的终极密码。

我们可以通过睡觉晒太阳得到电能乛抽风获得淀粉。

中国人的种族天赋点满，世上再无饿死之人。

无数社会问题，经济问题迎刃而解。

能让人民吃饱饭的科技是神科技。这是人类文明体系的一大跨越， 比发明蒸汽机带动工业革命，发明电脑带动互联网革命，更具有里程碑式的意义。

提前预定炸药奖以及各种奖。

这个项目不存在能不能拿奖的问题，而是各大奖项面对这一类成果，要问自己配不配。

知乎用户 宝贝请转身 发表

解决淀粉问题意味着什么？碳水化合物占人类食物 40-60%。

好吧，就算你觉得不是自然生长出来的粮食是没有灵魂的。

那么：

很多需要淀粉和碳水的工业制品完全可以使用人工合成的淀粉吧？

养殖业饲料添加剂中的淀粉和和糖也可以用吧？

这能节约出来多少粮食？

知乎用户 天空中最亮的星 发表

美国 emmm

未来会不会变成。。。你们工厂这个季度的碳排放不达标哈，这个月抓紧整改，下个季度争取多排一些，多少人等着你们吃饭呢。。。

再或许有朝一日二氧化碳能人工合成。。蒸羊羔，蒸熊掌，蒸鹿尾，烧花鸭，烧子鸡，烧子鹅，喜茶茶百道都可。。。。。

以后我对我娃说：不好好读书长大吃空气啊。我娃说：对啊

知乎用户 阅思​ 发表

现在这个突破被媒体报道出来很明显是要蹭双碳的热度，以 “固碳”+“调峰” 走一波流量，然而 30 达峰 60 中和，细看之下，这项技术能赶上 60 中和有可能，赶上 30 达峰基本没戏，而它蹭的热度可是当下。

譬如高赞的这一段

但是有了这种技术，那直接把二氧化碳固定下来，这效率比农业和植物快多了，那是不是温室气体问题就可以解决了？

这项技术的起点是二氧化碳加氢制甲醇，而如果这一步能够进入到规模化生产阶段，后面制淀粉还是制啥都不吃劲了。然而氢气需要大量电烧，这项技术也需要大量电烧，大量电如果是烧煤炭那就属于白给，如果是新能源发电，一来电不够，二来氢本身就很香了为啥做成淀粉…… 把本来可以用作调峰储存的氢气，烧额外的电制成甲醇来固碳，那不烧额外电力，然后把氢也拿去代替煤炭好不好啊……

你说星际旅行？星际旅行我当然支持，哪怕聊二十年后的前景也好，然而当下对这项技术的讨论，高赞的意图已经很明显了，就是要蹭双碳目标，尤其是短期的热度。

当然高赞也意识到了这一技术所需要的巨大能量缺口，补了一段

当然，这里的能耗肯定要超出这个需求，所以需要额外能源。目前研究很多的新能源，尤其是核能了，希望 50 年能够实现可控核聚变。

这就…… 嗯……

高赞的 “婴儿” 比喻咋说呢…… 从高新技术投资领域看，中科院部分分支的 PPT 忽悠能力，那是从投资机构到地方政府都达成了一致共识的……

你以为现在的科学家还都是下图

实际上不少科学家早就是记者的雇主，甚至忽悠能力远超越了拿死工资的记者……

过去几年，投资机构和地方政府因为非常认同

不要轻易觉得自己比 science 聪明哈

尤其觉得带中科院三个字的机构都是 science 中的 science，被坑惨了…… 现在上面已经开始着重要收紧整顿中科院的科技成果转化工作了，无它，出去砸招牌换钱的太多了……

知乎用户 网络喷气机 发表

我猜我们是已经充分评估了该实验的进展，才会作出碳达峰的承诺的，后面就看合成成本什么时候能够达到应用的临界点了。

知乎用户 bluetrees​ 发表

挺好，做研究很棒。

但工业生产？这，按目前价格，淀粉产甲醇更有前途吧。

而且看了下，要是没理解错，使用大量蛋白质酶，这没法大规模生产面粉的。

好好的科研成果，硬是给媒体玩坏了。让科研工作者自己出来实事求是的讲成果吧！我想人家的目的一定不是将来生产淀粉的。

更大的意义在于为制药、科研探索新工艺和新实验手法吧。

知乎用户 a 硕 发表

坐标月球，刚下飞船。

刚刚落月，中国月球专属经济区内，现在位于鹊桥国际枢纽的 T6 航站楼。等下还要做轻轨去公司的淀粉人工合成车间，车间在后羿产业园，挨着嫦娥产业园 9 期。

轻轨路上会路过玉兔 16 号前进基地遗址公园。到时给你们上图哈

这次出差时间有点长，因为除了公司新设的胡辣汤生产线以外，我还要对现有的月饼，肉夹馍，拉条子，螺丝粉，辣条等产线的智能机器人 的系统更新升级……

生意做大了，有人眼馋，老搞破坏嘛！懂的都懂。不明说了……CIA 6 处 等

还要升级最新的鸿蒙系统的补丁，升级 360 的工业防火墙，维护海康威视和百度的监控和视觉控制系统。

京东官方旗舰店于工厂的订单管理系统的接口最近老出问题 (暗骂 cia)，也要搞下，烦啊。看代码就头疼 好在阿里巴巴的工厂店没出问题，不然，我肯定是不会来的，出差补贴跟地球上一个价。我还晕船，真心不想来。奈何老板一通设身处地，换位思考，将心比心的 “分享”。我就在这了。

接着说正事儿

其实，原来我们的业务都是在球上的，为什么现在全搞到月上了呢？

这就要从咱们国家的 16.5 计划说起，非国防军事工业类的所有其他生产型企业，全部外迁月球。让地给大自然，淘汰所有内燃机车。只允许开新能源，电动或者骑马，驴，牛，等

我的马照也是去年刚到手的，马照科三 路考挂了，补考才过的。其实，不怪我的。主要是旁边那匹共享马 是母马，我们教练马是公滴…… 又是春天…… 赵老师，经典解说，自行脑补。

又扯远了，我们就迁厂呗，免税 3 年，聚变电 0.05 元一度。还行了，设备都是发顺丰运过来的，就是，比球上的业务贵点，毕竟发到月亮上嘛，这都理解。

然后就中建三局 月建 76 公司 后羿产业园分公司负责机器人 建厂，安装调试等。

电信月球公司的月地通讯网络接入等等这里不赘述了，都就那么回事儿，都懂

到遗址公园了，我先下去给你们拍照片 …………

知乎用户 侯震的腰果鸡丁 发表

以后真的可以喝西北风当饭吃了

知乎用户 实话实说 发表

有机化学博士，曾经当场否决生命起源假设的生化领域博士后再一次否决！暂时没有多大意义。

将近 30 年前我以有机化学博士的身份被中科院院士博导推荐去国内 top2 大学博士后流动站谈课题，我当时当场否决了另一位科学院院士的生命起源假设。

我是否决她的假设，并且主张我自己设计实验路线作为前提进站工作的。后来我以我的设计捕捉成功活化态，并且核磁共振等手段证实了过渡态和否决了那一位中科院院士的生命起源假设。

化学是实验化学，你的观点需要用实验证据证明，所谓事实胜于雄辩，实践是检验真理的唯一标准。

我不敢说这一次涉及的所有过程很熟悉，甚至不熟悉，但是我现在可以断言这一成果最少暂时只能说没有多大意义。

我不相信，这个成果核心技术是什么？最少没有提及，不会是 11 个步骤都是突破？按我的理解其中涉及的大多数并不是独创和开拓，只会是哪一步可能有了进展。

其次，他们的目标是成本可以接近农作耕耘，说明离实际应用非常遥远！或者说他们并没有解决核心问题。

至于其它的各步产率或者涉及的大规模生产瓶颈是小事，暂时不值一提，因为核心问题没有得到解决。

有兴趣的知友可以确认一下，我的梦想之一就是希望树上能够收获稻子，一步解决粮食危机。大树主成分是纤维素是葡萄糖通过贝塔键聚合的，而淀粉是粮食的主成分由葡萄糖通过阿尔法键聚合的。所以我认为树上长稻子不会仅仅是梦想。所以大家应该明白我对这一成果的熟悉程度？

如果他们真的解决了核心问题现在应该有不少人给他们提诺奖建议了，虽然这个和生命起源不一回事。上个世纪美国提出三个科学攻关目标，生命起源、粮食危机和癌症治疗，都没有实现。如果他们真的攻克了这一难题获得十个诺奖都不过分。

另外，我是自己操作核磁共振捕捉的过渡态，会熟练使用超导核磁共振仪。按我的理解高赞回答附上的天然淀粉和所获得的淀粉核磁共振图谱不一致。细心的知友可以好好比对看看。

真正的科学家会说 11 步中主要解决了哪一步关键问题？这个解决带来的什么意义？但是，即使是在中国科普博览中的研究团队介绍也是没有，只能是没有他们的创新。顶多一些催化剂或者反应条件改善提高产率什么的谈不上多大的贡献。

另外，我感到很纳闷，为什么最后一步不直接生产葡萄糖而是淀粉？葡萄糖的价值比淀粉高多了！

再次，对生物大分子没有谈及碳原子的手性问题，所以核磁共振图谱不一致大概率是因为这个原因所致。

至于在这种场合科学家的言论更像是道士而不是科学家也是感到很纳闷，因为科学的贡献从来是具体的，而不是让公众摸不着头脑。让我这样的人搞不清楚他们的贡献到底是什么不是很搞笑？

还有，按科学团队介绍这个所谓的创新提高产率实现经济的产业化在可预见的将来不大现实，因为那些个步骤产率并不是纸上谈兵也许是科学家真正需要解决的问题。我还是主张想办法在树上变成纤维素转变成淀粉，或者纤维素转变成淀粉有实际价值。和光合作用比较效率说明现在的效率不是一般般的低！

知乎用户 赵飞龙 发表

如果这个技术很牛逼，悄悄的进村就可以了，该保密保密，该工业化生产生产。国家如果有 “末日基地”，各个基地更新一下资料、物资、库存和规模。

反之，则该干嘛干嘛。

知乎用户 asdf-quark 发表

1. 试验走通了一个方向
2. 成本仍然是关键
3. 从科学到技术到工程还有很多的难题需要一个一个的攻克。

知乎用户 纸老虎刀叨忉忉 发表

最难的，莫过于人类生存循环系统，无论是马斯克去火星，还是我们想要冲破太阳系的边界。所以，通过能量循环二氧化碳实现碳循环，而且不受制于叶绿素，这个成就还是非常大的。如果可以有什么技术可以媲美？难道是人工合成活性叶绿素？

以上吹牛皮，沉不沉看缘分。不多说了，三体舰队来了。

知乎用户 带带马克老师 发表

看到这个新闻，我的第一反应就是：这个技术的成本能压倒多低？这种淀粉的消化率如何？后期能否达到饲料级别？

如果能低成本量产并且能做到饲料用的级别，那就牛逼了

毕竟我国进口了不少玉米作为动物饲料使用，只要能替代一部分，也是一个潜力无限的新兴产业链

不过一般新的技术刚诞生的时候，总有一些缺陷，蒸汽汽车诞生的时候速度慢，噪音大，开十几分钟就得停车加热 15 分钟，最多只是当有钱人的玩具，没有实用性。而随着技术的迭代，现在的汽车无论在实用性速度以及价格方面都吊打着他的老祖宗

希望大家和媒体对于这个新技术少几分浮躁，多一些耐心

看了一下大佬的回答，感觉现阶段的实用性基本没有，但这个技术的未来真的未来可期，估计日本和新加坡等依赖进口粮食的国家也会跟进一起研究

知乎用户 是日已过 发表

绝对是诺奖中的诺奖。

两百年国运，浩浩汤汤。

知乎用户 晨曦 发表

◉‿◉ 真 · 喝西北风

把二氧化碳酿酒提上日程，为我国从纯粮酒进化到纯风酒，弯道超车茅台院士不是梦。

知乎用户 希晨 er​ 发表

昨天看了一下这个问题，清一色的夸赞

今天多了一些不同的声音，有点沮丧，有点伤心，但更多的是愤怒。

里面有很多攻击点，我这个外行人就不一一列举了，然而其中有一个攻击点我不得不骂

中国人玩的都是外国不玩的东西，说这玩意儿没有实用性

单就这一点，我想说一句：

以前，你们说中国缺乏创新精神，你们说看重实用，你们说中国不愿意研究基础科学，你们说中国只会跟着别人走，不愿意搞外国人不搞的技术

现在呢？我们可以人工合成淀粉了，你们又开始质疑该技术的实用性和商业前景

和着左右你们都对是吧？

知乎用户 1P 和 1N​ 发表

先突破怎么低能耗富集二氧化碳吧

知乎用户 拾贰​ 发表

现在来看，这项历史性的突破暂时只能称之为突破，因为暂时只能停留在实验室。但如果合成路线和反应如果能够在摸索中进行合适的调整，以至于实现规模经济的话，将会是历史性的变革。

整个体系最大的问题是反应过程中的条件控制需要的成本可能远大于得到的淀粉成本，这个过程只能说是一个进步，但不能普及。

第一步的能源是电解水合，能源不作调整的话注定不能规模经济。电解成甲酸，水合成甲醇，电解，水合高耗能，也就是说用这种方法其实得不偿失。第二步，甲酸还原，甲醇氧化，氧化是自然界的趋势，而还原必须要人为干涉。但甲醇作为工业酒精，自然有更好的用途，不会用来做几乎没有利润的淀粉。在这一步，从经济学的角度来看，这是在做慈善。第三步，甲醛自身羟醛缩合，要求羟基不能脱去，得控制好条件而且副产物多，不能保证高产率。第四步，1，3 - 二羟基 - 2 丙酮吸收 ATP 释放的能量和脱去的磷酸基团，类似一个酯化反应，酯化反应产率低我就不多说了，而且还只能酯化一端。下一步，左侧羟基氧化成酮，没有干扰，问题不大。中间羰基还原，有手性碳的要求。另一个反应物就是前面合成的 1，3 - 二羟基 - 2 - 丙酮（以下称为 A，另一为 B）。这里有两个反应机理，产物的左下角的羟基源于羟醛缩合反应，B 的羰基使α碳的氢活化，与 A 的羰基反应得羟基，这里控制条件不要让羟基离去。上面的醚键是 B 的羟基和 A 的羰基加成得来的，产物属于半缩酮，也要控制条件，不能让右边下方的羟基（跟羟甲基相连碳上的）进一步反应。下一步先开环，让醚键断裂成羟基，然后和羟甲基的羟基反应，再次形成醚键，这个过程相当于增环反应。下一步水解，把六元环上的那个存在了好几步磷酸基水解为羟基，再用 ATP 或 ADP 的磷酸基团把右下角羟基取代了，最后一步直接缩聚。

可以说，每一步都是成本极高的反应，工业生产有点困难。。万用的一句话就是等找到合适的酶，能在常温常压下将每一步反应高度专一的进行就可以了。

知乎用户 楚烈​ 发表

我愿称之为 “淀粉之炼金术士”。

把空气炼化成可食用固体这种能力，从来只在各种带有法术的小说世界里面才有（奇幻、玄幻），直接由魔力变出可临时食用的食物，就连科幻都极少触碰这个题材（大部分科幻都需要描绘原理，原理不能好好描绘就会被人喷死），没想到真的有大炼金师搞出来了。

这可是为未来的幻想题材大大拓展了描述边缘。

不过看到后面最让人振奋的还是：

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。

一方面解决了粮食问题不说，更为目前碳排放提供了全新的解决思路进行奠基。

本质上，又从另一种层面上解锁了人类发展上限，原本还有些人担心无法突破太阳系的科技发展临界极限的枷锁，也被打破了一层。

这种科技枷锁的打破是从根本上打破的，注定能名垂史册，具体的细节等之后各位大佬科普更多细节，我的词汇贫瘠，只能说到这里了。

原则上来说，只要一直和平发展下去，我们有生之年是有机会能够看到星辰大海的。

今儿真啊真高兴！

某种意义上，“无限” 能源飞船的可行性又进一步提升了。

颠覆性技术，什么叫颠覆性技术？

照相机之于绘画就是颠覆性技术。

计算机之于算盘就是颠覆性技术。

知乎用户 匿名用户 发表

沸腾了

知乎用户 小闲 发表

对当下没什么影响

对未来影响是粮食安全、国土安全、航天工业等方方面面都将会得到充分保障，星际移民也将不再是梦想。

知乎用户 田里卖农药小学生 发表

我以后再也不用种玉米了是嘛

稍等，不对这我不失业了嘛。

知乎用户 庙祝 lord​​ 发表

我的观察点不太一样，观察到这位团队的领头人：马延和院士！

又是一个姓马的！

又想起了另外一个姓马的：

马伟明院士：领先就领先美国！

还有马云，改变了国人的购物方式，而且让你觉得 996 是福报……

马化腾，改变了沟通方式， QQ 微信，都是属于国民级应用。

马斯克：脑机接口，帮助残障人士。

马克思：创造剩余价值剥削理论……

马延和，人工合成淀粉！这种近乎于，无中生有生产粮食！

马赛克…… 马赛克就不说了。

知乎用户 梦雪的七月​ 发表

做个比喻：生产一枚铜钱，花费一吨黄金。

目前这项技术需要高浓度二氧化碳，高浓度氢气，人工改造的酶，等等等。每一步需要耗费很多隐形的能量，产生很多的碳排放和废弃物。这些通通没有纳入到计算能源效率里。

种个玉米，给点土给点水，它就能从大气中那稀薄的二氧化碳浓度里合出淀粉来。要打败这个千百年建立起来的精妙系统，比想象的复杂得多。

真正有意义的比较，是计算新过程与光合作用的全周期能耗与碳排放。

不是说这项工作没意义，但是很多读者，甚至很多相关从业人士，显然在完全错误的方向上嗨过头了。目前媒体对这项工作的宣传是严重夸大和失实的，更不应该以为靠这项工作就能给碳达峰碳中和做出巨大贡献。

知乎用户 知幾 发表

毫无疑问，这个创新，肯定有获得诺奖的潜质。

甚至可以明确到人类科技史的上一个明确的标记。

毕竟人类本身就是碳基生物，而淀粉就是一种生物能量。。

如果能够工业化生产，肯定对未来的人类自身的粮食安全，必然是一个重要的补充。想想看，即使到如今粮食产量布不断拔高，但是全球依然有上亿人吃不饱饭。

对任何国家而言，未来必然有一定的战略意义。

另一方面自然就是碳排放问题。

从某种意义上讲，其实就像当初发明蒸汽机的第一次工业革命一样。一种创新，对社会产生颠覆性的推动。这种技术必然带有这样的潜质。

知乎用户 广域工坊长王铁锤 发表

这就是 2030 碳达峰，2060 碳中和的底气

咱们拥有了这个技术简直就无敌了。

二氧化碳能合成淀粉，那么未来太空基地的循环系统就可以完成闭环了。

火星开发就哈哈哈哈哈哈哈

火星的那层薄薄的大气主要是由遗留下的二氧化碳（95.3%）加上氮气（2.7%）、氩气（1.6%）和微量的氧气（0.15%）和水汽（0.03%）组成的。

淀粉是葡萄糖的高聚体，构成成份通式主要是 (C6H10O5)n，如果不需要中间材料，或者中间材料很少 那么通过光电化学步骤(无限使用的太阳能) 就能将火星中的大量二氧化碳转换成淀粉，同时是不是也可以将 cho 组成的淀粉分解成 h20 和 ch4 呢？如果能提出氢气或者甲烷还能产生水，加上淀粉，火星开拓就可以实现了!

厉害了，我的国!

知乎用户 探索者​ 发表

淀粉是小麦、玉米、大米等谷物粮食中最主要的成分，也是重要的工业原料，我们常说的碳水化合物可就来自于这里哦，可以说它组成了我们食物中最重要的一部分内容了，但是目前的所有淀粉都是来自于植物种植后的收获，成本，时间等都有较大的限制，而中国这次是直接实验室从二氧化碳这样的随处可见的气体开始，一步步的合成了淀粉。

其中一个巨大的优势就是能量的利用率，在自然界，玉米等农作物中淀粉的合成与积累涉及约 60 步代谢反应以及复杂的生理调控，但是理论能量转化效率仅为 2% 左右。这个效率可以说非常的低下，并且还要等待大半年的时间才能够收获，这其中的土地和人工成本更是巨大，而人工合成淀粉只需要 11 步，该过程的能量转化效率超过 10%，并且可以在实验室里面完成，这其中的优势就太大了，目前，根据数据推算，使用人工合成方法，从太阳能到淀粉的能量效率是玉米的 3.5 倍，淀粉合成速率是玉米淀粉合成速率的 8.5 倍。

按照目前的技术参数推算，在能量供给充足的条件下，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年平均产量，这对于目前人类越来越紧张的耕地面积而言是一个巨大的保护，也许可以从根本上解决耕地面积和森林面积的冲突，解决人类生存空间不足的困境，等工业车间制造淀粉一旦成功，与农业种植相比，将有机会节省超过 90% 的土地和淡水资源，而且可以消除化肥和农药对环境的负面影响，这对提高人类粮食安全水平，促进碳中和的生物经济发展具有十分重大的意义。

相信很多朋友对这条新闻无感，不就实现个合成淀粉么，有啥了不起的？但事实上这个新闻一出，比较了解科学的朋友一定发现了一个惊人的事实，合成淀粉需要用到什么？二氧化碳！

同时解决全球变暖与粮食危机

如果产业化成功，未来大规模合成淀粉，那么需要天文数字般的二氧化碳气体，从哪里获取？它可以来自二氧化碳含量很高的工业废气，比如重要的工业产品石灰石的生产中就会产生大量的二氧化碳，比例大约是 100 吨石灰石在生产过程中分解会产生约 44 吨二氧化碳。

原本这些不是排入大气层就是生产工业二氧化碳，如果在大规模应用下，甚至可以收集大气层中的二氧化碳来制造淀粉，结果是什么，全球变暖的最大原因的温室气体来源被解决，所以巴黎协定中设定的减排路线，在大规模合成淀粉的情况下，将会更容易实现。

如何看待合成食物

其实不管大家怎么想，合成食物一定是人类未来发展的一个必然趋势，因为它真的可以节省大量的土地资源和成本，想一想未来整个地球绝大部分地方都可以拿来居住或者变成森林，每个城市的食品只需要通过一部分工厂就可以制造出来，而且这些食物都是无毒无害的，甚至于是低脂肪的，低胆固醇等有利于身体健康的食物，并且通过人工的排列和合成，可以创造出无数的口味和口感，满足每一个人对于肉类的和素菜的不同。

未来的人工合成淀粉，也就是人类最大的热量来源碳水化合物一旦解决，其意义重大无法用言语来表达，请试想全球有多少人处在饥饿状态，他们对于食物的需求是解决温饱，而一旦大量低成本的淀粉敞开供应，不知道能解决多少人的肚子问题。

也只有这样子才能够支持人类在有限的资源的情况下进行不断的发展，不然资源有限的地球能承载的人类永远是有限的，人类除非走向宇宙，开拓更多的行星基地，否则人工合成食物可能还是未来发展的一个最佳选择，当然在这个合成的同时，更重要的是我们还是要保证食品的安全和卫生，对于行业如果发展起来以后进行合理的规范，因为我们都知道任何工业生产的产品总会存在着质量的风险。

知乎用户 过尽千帆皆不是 发表

可以试着把它微型化

一台一台的小机器放在光能风能充裕的地方

能量够了就产生一点淀粉

淀粉储存在小容器里面

定期有人去收割

这样利用不稳定能源

达到相对稳定的物质输出

千里沙漠就是千里良田

不是非要弄一个大工厂出来

知乎用户 老疙瘩汤 发表

实验室里，可以做出这种淀粉，也不需要考虑成本因素吧。

但是，如果工业化生产呢？需要什么样的工艺条件？设备是怎样的？能耗如何？总的成本如何？

所以，可喜可贺之余，还是需要等待，或许几年，几十年时间吧。

知乎用户 德国师爷德国法律 发表

不是很了解。也许目前也没多大意义，只是希望有个好的头条新闻，但是创新和科技总体来说对我们国家是非常好的。

知乎用户 见贤 发表

虽然我不懂科学，但这题我应该会：

BBC：中国过量采集二氧化碳导致全球气候变冷。

白宫：敦促中方停止打破碳循环，承担大国责任。

三立：惊！大陆粮食危机！笑死人！科学家企图喝西北风！

知乎用户 UvUmeow 发表

虽然现在成本高，一旦工艺成熟，流水线铺起来，农业也许会成为历史。

知乎用户 银翼 发表

乐观的回答，以后不需要保留耕地红线，可以有更多的地皮盖房子，房价更低，人人大豪斯

悲观的回答，以后穷人就吃不起天然食物了，都是人工合成的香精色素脂肪蛋白质碳水。

知乎用户 王一饶 发表

典型的公众科学认识与科学事实偏差，而且可以阴谋论的归结为放卫星的故意诱导。

公众想象中的人工光合作用应该是水与自然界二氧化碳被光子转化为淀粉。光合作用的能源利用效率相当高效，因为只需要低品位的光能就可以转化为实用的化学能。

事实的合成淀粉是高浓度二氧化碳与氢气的化工过程。原文没有说高浓度氢气消耗量，但用氢制备淀粉从能源利用角度看是得不偿失的。而这部分工作并不是真正创新，二氧化碳与氢气合成甲醇是早有的成熟技术。真正所谓创新是甲醇合成淀粉过程。这一过程在生物界确实没有，因为没必要，所以生物没进化出来。

化工界一直没搞是因为确实不知道用甲醇生产淀粉图啥，淀粉作为廉价化工原理，通常用来生产工业酒精，逆过程没看出有什么应用价值，所以没有搞的动力。

至于报到中的能源利用效率高，典型利用公众不懂热力学第二定律的欺骗。同样是能源转换，电能的转化率怎么能和光能比较，完全不同品味的能源。

所以啥东西都需要炒作，一个没价值的忽悠和星辰大海忽悠到一起就成大 IP 了。

知乎用户 lauv 发表

这个技术颠覆了自然生产的规律，不久的将来如果能得到工业化生产，结果将会是：

1. 需要大量

   

   ，碳中和成了笑话，人类的主要活动将变成生产

   

2. 除了淀粉能批量生产，食物链上的各种养殖也将得到空前发展，比如我们甚至为了能救老虎，将给他们生产充足的食物，大量的耕地将恢复原始农耕时期状态，人类活动范围更广但是也将更限制在适合自然发展的区域。

3. 能源问题还是主要问题，但是根源在

   

   的淀粉转化耗能上，各种优化能源的技术将不断更新

4. 外星殖民使得星际航行技术突飞猛进，在外太空建造人类居住环境将变得非常容易，到 2100 年我们可以直接输送

   

   到月球，使月球中的氧气浓度适合人类居住。

5. 预计到 2200 年人类将被外星文明发现并遇到前所未有的危机

6. 到 2300 年，人类进化到不用食物可以生存，只需要吸纳灵气，灵气其实是

   

   转化过程的中间产品。人类进入修仙时代。现存的物理学定律均已失效，时空规律被人类掌握

7. 到 3000 年左右，人类出现超级至尊，打破天地桎梏，世界树将为人类提供生存本源，有些人可能出现永恒不死现象

……..

知乎用户 亦然已疯逸文 发表

碳交易真的名符其实了，未来也许买纯二氧化碳比现今纯氧的市场还大。

知乎用户 不会数学的数学汪 发表

不知道产生一斤淀粉需要的成本有多高 理论上有多大工业化合成前景 但是这是是真正的水变油呀

个人认为是达到诺贝尔化学奖的成就

知乎用户 倒霉的仙人 发表

人工淀粉在稳定社会中，肯定是工业用，消费者不会买的。真到动荡不安那会，人工淀粉一样没用啊。

所以主要看工业规模。

玉米会减产不？应该不会啊，人吃一次，剩余的还可以做饲料。玉米做食用淀粉需求量一样巨大。

还有喂猪不能用工业淀粉，能否用这个人工淀粉呢，还得做安全实验，价格比玉米饲料如何。淀粉不长肉啊。

知乎用户 佳佳初号机 发表

先说好的一面：能发表在《science》的文章含金量都很高，这一技术对于学术界有比较高的科研价值。

再泼点冷水：在没有实现核聚变应用之前这个需要很高能量的技术基本没有实际用途，甚至在可控核聚变实现，该技术以后也不会应用于制造农业生产中非常廉价的淀粉，最可能的是用来固碳减少温室气体。

但是别忘了农业生产中植物生长本身就在进行固碳同时产生淀粉，而且太阳就在不停的核聚变，地球所接受到的太阳辐射能量仅为太阳向宇宙空间放射的总辐射能量的二十二亿分之一，传递到地球的能量更是只有很小一部分被利用起来了，所以农业 + 光伏的实际作用在可以预见的未来的价值都远大于这项技术的实际价值。

仔细看了一下论文，简单来说 1. 现在用的依然是生物酶的方式进行的合成，过程中需要大量使用 ATP 和氢气，价格甚至比人工培养的植物细胞都要贵，短时间内还不具有实用价值。

2. 这个方法绕过了细胞，或者说绕过了细胞膜这个众多生体反应进行的场所，这标志着人已经可以模拟膜环境单独进行生体反应了，从长远来看，这可以大幅度减少阳光损耗，大幅度提高转化率。对没有足够光能的星际航行有里程碑意义。

3. 其中触媒的合成依旧遵循中心法则，换言之，触媒依旧需要用细胞或者从 dna 人工合成。而且这个技术之前有，这次是整合优化缩短路径。

综上所述，这个技术距离脱离利用生物合成淀粉还有很长路要走

一点愚见。

知乎用户 开心猫 发表

” 酶催化剂即指酶，是一类由生物体产生的具有高效和专一催化功能的蛋白质。酶催化剂和活细胞催化剂均可称为生物催化剂。在生物体内，酶参与催化几乎所有的物质转化过程，与生命活动有密切关系；在体外，也可作为催化剂进行工业生产。酶有很高的催化效率，在温和条件下（室温、常压、中性）极为有效，其催化效率为一般非生物催化剂的 109～1012 倍。酶催化剂选择性（又称作用专一性）极高，即一种酶通常只能催化一种或一类反应，而且只能催化一种或一类反应物 (又称底物) 的转化，包括立体化学构造上的选择性。与活细胞催化剂相比，它的催化作用专一，无副反应，便于过程的控制和分离。“

-——–

“自然生物就是通过酶催化剂把无机物变成有机物，关于从无机界向有机界的跨跃实验，早在一百多年前就被在实验室中完成了，这里的关键就是酶催化剂 “

” 地球上生命的最为基本的物质是蛋白质和核酸。这两种物质相互依存，相互利用。蛋白质的合成是核酸传递的遗传信息，而核酸的合成必须有具有生物活性的蛋白质——酶的催化 “

-——–

“科研人员在解决了热力学不匹配、动力学陷阱等问题后，对各模块进行不断地测试、组装与调整，最终成功创建了 1.0 版途径，实现了人工淀粉的实验室合成，该途径包含了来自动物、植物、微生物等 31 不同物种的 62 个生物酶催化剂。

在此基础上，科研人员采用蛋白质工程改造手段，对 1.0 版途径中的三个关键限速步骤进行了改造，解决了途径中的限速酶活性低、辅因子抑制、ATP 竞争等难题，得到 2.0 版途径。“

=========================

100 多年前，实验室就实现了无机物合成有机物

这里的关键都是使用了大量的酶催化剂

这次合成人工淀粉

使用了 62 种生物酶催化剂

生物酶催化剂的作用，就是把无机物变成有机物

这里的关键就是需要大量的生物酶催化剂

这里的问题是，有没有那么多生物酶？

通过生物酶反应，搞个化合物

你弄 1 克的淀粉，需要一大把的生物酶

（查了一下，生物酶价格很贵）

那么生产生物酶需要多少能源，会产生多少碳排放

生物酶本身其实也是蛋白质（生产生物酶本质上最终也会占有粮食资源），生产生物酶也会产生碳排放

通过实验室加入大量生物酶来产生淀粉，并不是大家想象的那种化工工厂生产模式把二氧化碳变成淀粉，而是需要大量的生物酶，生物酶本身就是蛋白质有机物

-—————-

2021 年 NASA 二氧化碳转化大赛（下称 “NASA 大赛”）的大奖发给了美国加州大学团队。

二氧化碳转化大赛是 nasa 是定期举办的大赛，主要是奖励把二氧化碳转变成糖的团队

美国加州大学团队使用二氧化碳和催化剂，在实验室生产出糖，获得了 nasa 2021 年的二氧化碳转化大赛一等奖

研究主要涉及将二氧化碳转化为更复杂化学品的过程，该团队此前发表的论文提出的生物混合过程，可将二氧化碳转化为有机分子的构建块。

这类办法成本要比现在卖的糖贵一千倍，可以用于不计成本的领域

=================

“有机合成上百年的历史了，就是搞各种无机物合成有机物，合成葡萄糖几十年前就有了，其实属于有机合成方向被搞烂的课题，只是成本昂贵根本没有应用价值而已。现在是美国那边换方向搞二氧化碳合成，凑热点，好发论文，成本还是极其昂贵，实际应用价值还是没有的 “

=================

第一步，二氧化碳合成葡萄糖，这步有些难度，成本昂贵没有应用价值

第二部，葡萄糖缩合成淀粉，这步没有任何难度，早就成熟的技术，放到现在根本发表不了论文，没有实际应用，因为淀粉比葡萄糖更便宜

葡萄糖脱水缩合变成淀粉属于什么基本反应类型？
葡萄糖脱水缩合变成淀粉属于缩聚反应类型。

每两分子葡萄糖聚合反应脱掉一分子水，多个葡萄糖聚合后，形成大分子的淀粉，因为有小分子的水产生，因此属于缩聚反应。

葡萄糖变成二糖 2C6H12O6 = 脱水缩合 = C12H22011+H2O

葡萄糖转化为淀粉也一样是脱水缩合 nC6H12O6 = 脱水缩合 =[(C6H10O5)n]+nH2O

也就是说，这篇论文其实就是二氧化碳合成糖方向的论文，它接着多做了一步，把葡萄糖缩合成淀粉（葡萄糖缩合成淀粉是非常简单的技术），然后论文题目就变成 二氧化碳合成淀粉了

但是多做了葡萄糖缩合成淀粉这一步是精心考虑的，就是为了以二氧化碳合成淀粉为标题，把 1 分的工作宣传成 1 万分

==================

要是说，二氧化碳合成葡萄糖，这个宣传效果只有 1，而且大家很快发现，国外早有人做了，那么宣传效果就近乎 0 了

（合成葡萄糖早有了，成本昂贵没有应用价值，美国人这几年换个方向迎合热点，用二氧化碳来合成葡萄糖，还是成本昂贵没有应用价值）

要是说，二氧化碳合成淀粉，这个宣传效果马上达到 1 万，因为没几个人知道，把葡萄糖缩合成淀粉是个极其简单的技术

二氧化碳合成淀粉，就是从二氧化碳到葡萄糖，再从葡萄糖合成淀粉

前者是几十年前的技术，后者是中学实验室的技术

你说你做的过程和前人的工作点有不同可以

但是，宣传成人类科学的巨大突破？人类第一次实现了二氧化碳合成淀粉？人类文明走向星辰大海？人类历史最伟大的成就？

什么叫第一次实现了二氧化碳合成淀粉？

你把二氧化碳合成葡萄糖（几十年的技术），再把葡萄糖缩合成淀粉（中学实验室都能做），那步是你第一次实现的？有这么忽悠的么？

学术论文只做二氧化碳合成葡萄糖，不做后面的葡萄糖合成淀粉，是因为后面技术及其简单，根本没有必要做

把 1 分的工作，宣传成 1 万分，这是什么性质

又是记者不懂乱写？

====================

=====================

甲醇合成葡萄糖几十年前就实现了（也可以用其它，就是提供碳基而已），而且一直都是几十年来的研究课题，但是成本昂贵，没有任何实用价值

现在为了凑热点，宣传成了所谓的二氧化碳合成葡萄糖

二氧化碳合成葡萄糖怎么回事呢，就是强调这个甲醇必须是二氧化碳和氢气来合成的，以迎合热点

也就是，先二氧化碳和氢气合成甲醇，然后再用这个甲醇合成葡萄糖

本质上一回事情，研究，无非就是每次大家用的步骤工艺改改，这是个非常小众的研究

这个研究最大的问题就是，几十年来，成本昂贵的问题根本解决不了

（成本就在甲醇合成葡萄糖那步）

因此也根本没有实际价值，而且从分析的角度，这个成本昂贵的问题未来 50-100 年都解决不了的

这就是为什么绝大部分老百姓都不知道葡萄糖早就可以合成了

知乎用户 子曰在心理小屋 发表

那这项技术还是非常的厉害的，二氧化碳环保利用重大突破，从来没想到有一天二氧化碳能够通过这种方式得到利用，不禁让人想到前些日子的鸡蛋反生的那段新闻，有些魔性，可是还是让人觉得神奇中带着好奇，好奇中带着对中国科学的敬畏。

可能有些人又会无止境的去嘲讽，其实我觉得大可不必，科学的研究本来就不是一开始就完美的，一句话就否定了，我建议去检查下。

科学家是什么样的性格呀？

霍兰德职业性格测试认为，个人职业兴趣特性与职业之间应有一种内在的对应关系。根据兴趣的不同，人格可分为研究型（I）、艺术型（A）、社会型（S）、企业型（E）、传统型（C）、现实型（R）六个维度，每个人的性格都是这六个维度的不同程度组合。

霍兰德职业兴趣测试​www.xinqingxiangjiao.com/exam/25/null/null?slr=4272

你有那些有意思的想法，可以写在评论区！！

知乎用户 我也不知道叫什么好 2 发表

我一直以为二氧化碳 + 氢 + 能量 = 甲醇 然后由甲醇在变蛋白质。 没想到还能直接变成淀粉。

知乎用户 冻豆腐 发表

看了很多答案，感觉知乎彻底低智化了。

为了扬国威真的是脸都不要了。

从二氧化碳到葡萄糖这些过程是几十年前的技术，因为没有商业价值所以一直只存在于实验室里。属于有机物合成范畴。

然后就是单糖合成多糖的，这玩意其实也没啥技术含量。无非统计分析多糖合成过程中的温度，PH 值，需要的酶等信息。我是不知道这种普通的实验记录数据难度在哪里。也不全对，人家改良了过程，把步骤减少了。但是问题是单糖合成淀粉的意义在哪？

合成淀粉不就是脱裤子放屁，淀粉要经过消化变成葡萄糖才能被吸收。意义在哪？难道淀粉比葡萄糖还贵？只有我觉得是哗众取宠吗？

人工合成葡萄糖很早就能办到，葡萄糖到淀粉无非就是一些酶工程。

关键是这些酶，想要走出实验室，还不如直接把人的消化系统给改造一下来的方便些。

能把人类逼到合成淀粉的环境，我是没法想象。所有的微生物植物都完蛋灭绝了？

听着怪吓人的技术，你给拆开看，就一普通的技术突破。更细节的说，利用现有科技把葡萄糖到多糖的酶反应吃透了。至于之前有没有人能做这样的实验，我觉得用屁股想都知道。

难怪颜宁要跑，这行业水真是太深了。

与其搞这玩意，不如踏踏实实想着怎么经济的把纤维素转化为葡萄糖更实际。

知乎用户 米衙 发表

从此，在空间站，潜艇等无法种菜的地方，也可以有粮食吃了。这相当于，人类再也不需要看天吃饭了。这就能让星际旅行成为可能。

知乎用户 一笑风云过​ 发表

饥饿问题解决了

知乎用户 山豆几 发表

二氧化碳合成淀粉，看起来很美好，重点是性价比。

钱倒不是大问题，因为能降低空气中的碳属于人类的福祉，长久发展下去肯定对碳排放有帮助。产业化发展之后成本会进一步降低，利润会进一步上升。

重点是要花多少能量去合成，因为这些能量本质上也需要付出碳排放的代价。如果是拆东墙补西墙，那还不如只让它停留在实验室。

我并不是说这个技术没有用，而是要弄清楚代价是什么，得益是什么，不要过分高估和低估它。让子弹飞一会吧。各位千万不要忘记能量守恒。

知乎用户 职场菜鸟 发表

同样的道理，想要依靠二氧化碳合成淀粉技术实现碳减排与粮食问题的解决，仍然还有诸多科技、经济难题待面对。

尽管如此，产业化仍然是天津工业生物所科研团队努力的方向。科研团队的下一步目标，一方面是继续攻克淀粉合成人工生物系统的设计、调控等底层科学难题，另一方面便要推动成果走向产业应用，未来让人工合成淀粉的经济可行性接近农业种植。

据了解，从 2015 年开始，天津工业生物所科研团队就已启动了人工合成淀粉项目。目前，经科技部批准，天津工业生物所正在牵头建设国家合成生物技术创新中心。

而具体这项技术未来会走向哪里，能对碳减排、粮食问题产生多大影响力，还要交给时间。

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知乎用户 7N39 发表

搞个大新闻. jpg

虽然这技术可能以后会工业化，不过我是不相信技术改进能让这种技术路线的成本降到和种植相当，我觉得这等于酵母要比面粉便宜才行……

知乎用户 希卡鹿​ 发表

非化学圈的可能不知道，上世纪化学家们已经基本能合成所有有机物了。任何有机物，只要你想得到，且理论上能稳定存在，甚至不需要太稳定，我们都能设计出一条全合成路线，甚至近几年都不需要我们亲自动手设计，AI 就能完成。

所以刚听到这个新闻的时候甚是诧异：都 2021 年了，才特么从 CO2 到淀粉？
然后点开来一看：哇！合成生物学，nbnb，这个工作量真的好大，稍微拆一拆至少也能发三篇 JACS。

一篇文章里就有三次突破从 ASAP（artificial starch anabolic pathway） 1.0 到 3.0。1.0 是从 6568 个已知的反应中，用 comb-FBA 技术筛选出了一条路径，并测定了几十种酶的动力学常数，选择了最合适的酶。2.0 重新设计了三个关键的酶（fls，fbp，agp），解决了产量，底物竞争，和产物抑制的问题。其中最牛逼的是 fls 这个酶的设计，让羟丙酮的产量直接翻了 4.7 倍。最后 3.0 讲整个流程整合成两锅三步，几小时就能完成整个生物合成的流程，这是直接奔着量产去的呀！

这项工作的最大意义不是用来解决饥荒或者温室效应的问题，一是现在土地种粮食成本非常的低，生物合成的成本非常高，有生之年不指望他的成本能降到比农业生产还低，二是固碳手段，其实已经很多了，比如这个反应流程中的很多产物，如甲醇，丙酮等，已经很有价值，没必要一步到淀粉。这项工作的最主要可能应用于火星移民计划，以后不用去火星种土豆玉米，直接把反应器搬上去，火星 CO2 含量 95%，甚至都不用提纯，直接拿来用，比地球上成本还低。

再让我们来看看国外的研究进展：
NASA 在 2018 年发布了一个挑战，出 100 万美金悬赏从 CO2 到葡萄糖的技术。我们这不只是葡萄糖了，已经一步到位合成淀粉了。按 NASA 这定价不得给我们一个亿？

国外一家公司 Cemvita factory，是专门研究固碳技术的。他们在 2019 年发布了一个关于从 CO2 到葡萄糖的白皮书，不知道现在进展怎么样了，

总结：非常牛逼的成果，为我国航天事业发展提供了粮食保障。听说目前还在优化这个流程，应该能进一步降低成本，提升产量和纯度。

知乎用户 星空传奇 发表

细看了一下，

原来是仿生学的胜利，

人类在不断的，了解自然，研究自然，学习自然，改造自然，突破自然，

壮哉，伟大的人类，

我们的征途是星辰大海，

未来将来，

未来可待。。。

知乎用户 一二三三二一 发表

好，支持，又掌握核心科技了。 不过看坡县新闻说，我锅接下来要增加进口袋鼠国的小麦应对粮食不足。

知乎用户 健康千里行​ 发表

万物生长靠太阳，小麦、水稻、大豆等农作物需要进行光合作用才能生长和产出粮食！淀粉是我们天天吃的粮食的主要成分，也是我们生存必不可少的成分！中国首创的二氧化碳人工合成淀粉技术是以二氧化碳为原料，不依赖光合作用，直接人工合成淀粉！将二氧化碳人工合成淀粉，为人工合成淀粉乃至人工制造口粮奠定了坚实的技术基础！

这项研究成果是通过化学与生物的方法相结合，主要采用蛋白质工程和合成生物学等一系列新技术，从二氧化碳直接合成淀粉，完全颠覆了传统的淀粉生产方式。马延和团队这个工作是典型的从 “0 到 1” 的原创性成果，不仅对未来农业生产特别是粮食生产具有革命性影响，而且对全球生物制造产业发展也有里程碑意义。

二氧化碳人工合成淀粉技术的突破，让人类掌握了人工生产淀粉，生产粮食的关键密码，关键是让人类粮食生产逐步摆脱对自然的依赖，不再因为极端天气而造成饥饿现象！这一项技术让人类第一次站在了征服大自然给的顶端！

二氧化碳人工合成淀粉技术的巨大突破，会对人类社会的发展出现颠覆式的变化！

首先，人类对粮食的生产逐步不再完全依赖大自然，可以摆脱大自然对人类肚子的严重威胁；

其次，该项技术以二氧化碳为原料进行，会让人类社会摆脱全球变暖的影响，若商业化大量生产会让全球变暖不在那么恐怖，助力碳中和早日实现；

再次，该项技术会让人类在探索宇宙的过程中具有巨大的应用前景，人工合成淀粉技术将人类从自然中解放出来，利于人类在许多不适宜种植作物的星球上居住人类，开发星球；

最后，该项技术会让我国在粮食竞争中处于绝对优势地位，中国人的饭碗更稳了！

当然，中国科学家最新实现二氧化碳到淀粉的从头合成的研究成果尚处于实验室阶段，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，最终真正成为解决人类发展面临重大问题和需求的有效手段和工具。

希望这项技术尽快商业化，为我国和人类粮食安全做贡献！

知乎用户 大叔 206​ 发表

这就叫生产力的发展呀

知乎用户 丫韵 发表

重大突破，等待导出成果

合成淀粉成热点，首次实验室实现；

原料是二氧化碳，重大颠覆性实验；

从零到一的挑战，发表国际性期刊；

导出成果在眼前，将是突破性改变；

谢谢您的关注和赞赏

知乎用户 蓝天楸枫 发表

[【转起！我国实现从二氧化碳到淀粉的全合成，为国际上首次！[鼓掌]】近日，我国科研团队通过 “光能 - 电能 - 化学能” 的能量转变，成功构建从二氧化碳人工合成淀粉仅需 11 步反应的途径！实验室仅需几小时就可完成农作物需几个月的淀粉合成过程。赞！​haokan.baidu.com/v?pd=wisenatural&vid=4738998067031965648

](https://link.zhihu.com/?target=https%3A//haokan.baidu.com/v%3Fpd%3Dwisenatural%26vid%3D4738998067031965648)

知乎用户 不坠青云 发表

应该会获得诺贝尔化学奖，

然后星际移民的可能性又大大增加了。

知乎用户 justicewhite1 发表

这个如果是真的，即便不能获诺贝尔奖，也应该给那帮工作人员多一些资源，让它们有机会获得马粑粑那样的资夯，它们的后代有了资夯，更可能成为” 中国版的霍华德休斯 “吧。

知乎用户 永恒之心 发表

可以去火星上种庄稼了？

知乎用户 Nemo China Gao 发表

我国农业一大问题就是水资源与太阳能资源极不平衡，如果可以工业合成淀粉，就意味着我们可以将广大西北地区利用起来，消耗少量水，充分利用太阳能甚至风能生产淀粉用于工业。

这绝对是跨时代的新技术。

知乎用户 佩波中士 发表

人类生存的吃穿用都在工厂解决了，飞跃人马座不是梦想，流浪地球将变为现实。

知乎用户 云飞扬 bjmu 发表

这是生物技术的重大突破。只需降低每个环节的生产成本，实现规模化，就有一定几率人工合成食物。

只是，即便技术上的突破很容易，但要比种植谷类等植物生产淀粉更高效却很难。这是万里长征第一步，希望今后能规模化生产。届时，粮食生产效率会大大提高。

另外，到时候人们需要考虑的是外一个问题——地球上有足够的二氧化碳吗？

知乎用户 失败人生 发表

看最后转化效率

例如转化成 1 斤淀粉，需要多少设备，多少人员，多少能量投入。

和种地去比较，是否划算。

知乎用户 心中自有星系海 发表

老夫修真多年

一直都没有达到古练气士的辟谷境界

吞风饮露

超过一天

就饥渴难耐

原来是缺少了这个关键的生物反应堆啊！

日后老夫飞升

再也不怕辟谷不过关了，哈哈哈哈

知乎用户 范无病 发表

如果量产了话，有多少二氧化碳，就制造多少淀粉，再喂鸡鸭牛羊猪，我擦，畜牧业这是要做大做强的节奏啊。

火星：96% 二氧化碳

地球：温室效应，二氧化碳增加

我们是从火星来的

知乎用户 若尘 发表

人工合成食品类不是已经有了？葡萄糖就是啊，淀粉也是一种多糖。如果出现粮食危机确实是一个方向，说不定以后吃个药丸就不用吃饭了。不过人的饮食是贪求口味的，不好吃啊。

知乎用户 悠然 Rita 发表

我的王镜岩第三版《生物化学》发生了期末考试要挂科的危机，简称为生化危机。。。

知乎用户 夜尽天明 发表

希望早日工业化生产，做猪牛用的饲料也是挺好的不是。。

知乎用户 司书怒 发表

葡萄糖，省略消化

知乎用户 卐 MAX 卐 TOM 卐 发表

当初法拉第发现电磁感应现象的时候留下一句名言：“一个刚刚出生的婴儿有什么用呢？”

大概，我亲眼见证了又一位婴儿诞生了吧。

知乎用户 匿名用户 发表

这已经是大部分模拟经营游戏中科技树终点之一的「食物合成」了吧。

知乎用户 三中五中​ 发表

这事恶心。

这事错的。

这又是一个汉芯骗局。

晚上再来补充 ，先开车回家，开车不玩手机。

第二更

我国与外国目前的做法

沙漠，楼顶，建太阳能发电板。

农业生产谷物，

玉米等谷物，生产酒精燃料。

这些目的，都是把太阳能利用起来。

你这个东西，要贴进去多少能量，才反其道而行之。

如果我们中国，饥荒到，需要用石油煤贴进去，转换为你这种淀粉充饥，我们要贴多少石油煤？我们是能源出产大国？

人类活动，都是直接间接利用太阳能，到你这里，反过来了。你的科技真达到科幻片水平了。

所以，请回答，你的能耗。

看你的图片，一个试管里面，一点点淀粉，大约 0.5 克的样子。你这个能耗，实验室玩玩可以，骗骗补贴可以，能进行实际生产？

中学生都知道你这个是骗局。嗯，如果你说用于工业化生产，就是骗局。如果你说实验室玩玩，来验证一些步骤，那不要用这样标题，博人眼球。

第三更

很简单，是不是骗子，是不是骗国家补贴。

就看半年后，或者一年后，能不能量产淀粉。

真要是骗子吹嘘的那么美好，别说半年，三个月就能量产。

第四更

请骗子们回答，多久能量产？

5 年？10 年？20 年？50 年？

一项永远不能应用的研究 说他是骗补贴，还说错了吗？

拿支试管就出来了，你以为你是丑国驻联合国代表？

继续更新一句

皇帝的新衣，挺符合目前现状的。而我，就是那个男孩。

再更新，补充一句名言。

他们知道自己在撒谎，我们知道他们知道在撒谎。他们也知道我们知道他们在撒谎。我们也知道他们知道我们知道他们在撒谎，但是他们仍然要撒谎。因为补贴真香。

第 7 更，干货来了

昨天还铺天盖地的硬吹，在我们的揭露及抵制下，骗子们缩回去了。

他们吹碳排放指标，说这个可以搞碳中和。

呵呵，真当大家都是白痴，补贴那么好骗？

空气中 78% 是氮，21 是氧，其余 1% 才是惰性气体，二氧化碳等其他。

你这个人工淀粉合成，首先要制备纯二氧化碳。

你这一制备过程，产生的二氧化碳，远大于你的合成淀粉量，还哪里来的碳中和，搞笑不。

所以就一阵风，这一说辞，他们都缩回去。然后他们说，这是不懂行的媒体瞎吹。

呵呵，帮你们上热搜的时候，怎么不指责你们的猪队友，媒体，被揭穿了，反而要指责了。

第 8 更

目前根据爆料，制备淀粉，仍然是生化反应，生物化学反应，而不是纯化学反应。他们要先富集大量的合成酶，这一过程，根本比不了水稻玉米小麦马铃薯等等，甚至连西湖藕粉的藕都比不了。

植物们自带，而你要先从植物那富集酶。

是一个极大损耗能耗的过程。

要电能补进去。而电要煤石油转化。

你们从国家骗了巨额补贴，搁这玩科幻，玩三体，玩星际穿越，问题是，国家补得起这个贴？

第 9 更，谁更喜欢看到中国玩不切实际实验室研究？

谁更喜欢看到中国浪费钱？浪费巨额科技补贴？

我们国家很富裕？

答案是，丑国等西方国家，更喜欢看到我们国家玩不切实际的科幻，这样浪费时间，浪费精力，浪费钱，而没一丁点进步。

第 10 更

针对那些假爱国分子，

假爱国分子扯什么，这也是进步，扯我们以后在火星上生产淀粉等等。

醒醒吧，假爱国分子。

台湾都没收回，丑英澳的小动作越来越多了。

你们还搁这玩科幻，你们有资本玩吗？

第 11 更，给那些科幻迷

扯核聚变，扯火星，扯粮食危机，扯星际穿越

我这里还有一个很简单的问题，你们回答一下，台湾问题，我们准备拖多久，等到星际穿越那一年？再过几百年？

所以，你们还支持这些骗补贴的骗子？

要知道，他们可能还有其他歹意，这个歹意，见第 9 更。

第 12 更

杨振宁教授反对我国建大型粒子对撞机。

为什么？

说我是医生，是外行，对我各种谩骂，人身攻击。

那杨振宁教授，你们这些骗补贴的怎么说？！

而且有大教授说我国要建。因为这个工程很大，上下其手，能捞不少。

结果被杨教授反对了。那些人肯定对杨教授恨之入骨了吧。

我人微言轻，但道理一样。坚决反对，把我们的钱拿去丢水里，还听不到一个响。而且里面肯定存在腐败。人为财死。

知乎用户 Andy 发表

这大部分实验室都能做的吧，你把细胞打碎了，但是给细胞液供能，维持淀粉合成反应。可以的吧。不照样是细胞外合成淀粉。

可是你说光生物酶就有 30 多种，一开始说不定想说 60 多种，怕多了减一半，毕竟韩春雨说一种生物酶，太少了不好，太多了以自己实验条件搞不定。

生物还有医学，说有重大突破，大家都悠着点，造假重灾区。

知乎用户 吴知 发表

天津？化工？

这两个词放在一起就很慌…

知乎用户 斌哥 发表

生成的淀粉喂猪牛，人吃煮牛肉，人猪牛再放屁，实现碳中和

知乎用户 JennyVenus 发表

真的吗？真的是真的吗？

这也太棒了

知乎用户 汤川 发表

​

目录

收起

背景信息

工作内容

工作意义

潜在不足

背景信息

2021 年 09 月 24 日，science 在线发表了我国科研人员在淀粉人工合成方面的成果。

Cell-free chemoenzymatic starch synthesis from carbon dioxide
细胞体外，从二氧化碳开始通过酶促反应合成淀粉。

DOI: 10.1126/science.abh4049

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。
第一作者，中国科学院天津工业生物技术研究副研究院，蔡韬。
项目从 2015 年开始，于 2018 年 7 月 24 日首次合成成功。

工作内容

设计和改造了多个酶基因，做了上百种不同的组合测试，以便于让不同来源的酶元件按照设计路径一起有效工作。
设计了 11 步合成淀粉的非自然途径，实现了从二氧化碳到淀粉的全合成。

1. 氧化锌——氧化锆催化剂作用下，将高浓度的二氧化碳和氢气，反应生成为甲醇和水。
2. 甲醇被氧气氧化为甲醛，氧气来源于双氧水。
3. 甲醛扩链为二羟基丙酮（C3）。
4. ATP 供能，二羟基丙酮磷酸化。
5. 酮与邻位羟基重排列，形成醛邻位羟基。
6. 3 碳物质通过加成反应，两两成环，形成 5 原子氧环。
7. 脱去部分磷酸根
8. 五元环重排为六元氧环，形成葡萄糖骨架（C6）。
9. 磷酸化邻位羟基，防止开环。
10. 二磷酸腺苷化。
11. 脱磷酸，聚合淀粉（Cn）。

工作意义

首次报道了二氧化碳到淀粉的全合成，展现了超越自然淀粉合成的极大潜力。植物合成淀粉的机制非常复杂，本质上还是还原、缩合、重排、聚合的过程。这个工作，重新设计自然代谢途径，首先解决了计算设计中普遍存在的不适配难题，将自然淀粉的复杂合成过程简化至 11 个主要步骤（自然状态需要约 60 个步骤），合成速度为自然过程的 8.5 倍。植物对于太阳能的转化效率在 2% 左右，人工合成路径的设计，有助于提高能量的转化效率。

创立了一个创新赛道的新起点，于农业种植相比，可以节省超过 90% 的土地和淡水资源，并消除化肥和农药对环境的负面影响，可能带来异常新的产业变革，对于保障粮食安全、促进社会经济可持续发展、高质量发展有重大战略意义。

潜在不足

捕获二氧化碳过程，需要碳浓度远高于自然界浓度。
输入能量高于自然状态。
所使用催化剂源于不同生物酶，可能难以兼容在某一种生物体内。

知乎用户 巧克力喵喵岛​ 发表

好耶，对第三世界乃是极大福音，须知许多民众是真 · 吃不饱饭，或因恐惧吃不饱饭，而搞出许多严苛政策……

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