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  中国科学院在9月23日举行新闻发布会,称中国经过多年研究攻关,在淀粉人工合成方面取得重大突破进展,为国际上首次实现从二氧化碳到淀粉的全合成。

  在实验室内,科研人员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。甲醇储存了来自太阳的能量,但是自然界中并不存在甲醇合成淀粉的生命过程。于是,科研人员设计出一条包含10步主反应的甲醇到淀粉的人工路线。最后,科研人员使用10个酶逐步将一碳的甲醇转化为三碳的二羟基丙酮,进一步化为六碳的磷酸葡萄糖,最终合成了直链和支链淀粉。

  在自然界之中,植物能进行光合作用自制食物。光合作用需要光的能量来进行,主要为太阳提供的光能,过程中植物把来自空气的二氧化碳和来自泥土中的水转化为食物,同时产生氧气。植物的叶绿素会吸收光能,在光合作用的过程中,光能会转换成化学能,储存在已制成的食物内。经光合作用制成的食物是葡萄糖,葡萄糖是植物生长和进行呼吸作用所必需的。葡萄糖可供植物即时使用,未被使用的葡萄糖会转化成淀粉作为备用。

  比较之下,人工合成淀粉在各方面都较植物透过光合作用产生的玉米淀粉优胜。第一,人工合成淀粉把光能转化为化学能的比率是7%,较玉米淀粉的2%为多。第二,人工合成淀粉能够在全天候车间连续生产,但玉米淀粉需要阳光、灌溉、施肥施药,另外收割生产受季节限制和气候影响。第三,人工合成淀粉的生产周期只需一至两天,但玉米淀粉却需要四至六个月。第四,一立方米生物反应器能够生产的人工合成淀粉,相等于五亩玉米田的产量,前者占地面积较少。

  由此可见,人工合成淀粉能够节约90%以上的耕地和淡水资源,促进碳中和的生物经济发展,助力解决全球食问题,又能减少由肥料和农药引致的污染。然而,人工合成淀粉目前尚处于实验室阶段,其生产成本仍然过高,离实际应用和量产还有距离。另外,在人工合成淀粉过程中,无法产出生物所需的氧气,未能完全取代植物光合作用的重要性。因此,在地球的生态系统之中,我们仍然需要植物,不能缺少花草树木。

  李伟雄老师香港STEM教育学会理事 林伯强

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     发布于 2021-10-16 00:00:30  回复
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