自古以來，糧食問題一直與人類命運息息相關。于是，誰能破解糧食安全難題，誰就能掌握人類未來發展的命脈。2021年11月25日，中國科學院微生物研究所研究員韓延明帶領的研究團隊。

通過長達13年的努力，終于實作了從二氧化碳到澱粉的人工合成，并是以榮獲第十七屆自然科學獎特等獎。這一成就的意義之大，堪比人類首次登上月球。它不僅徹底改變了澱粉的生産方式，而且為解決全球饑荒提供了全新選擇，其影響力足以撼動文明的命運。

澱粉問題長期困擾人類文明發展

澱粉是植物儲存能量的主要形式，也是人類擷取碳水化合物的重要來源。玉米、小麥、大米等主要糧食作物中都含有豐富的澱粉，是人類得以大規模定居、形成文明的重要基礎。

然而，自古以來澱粉的獲得都依賴于農業的發展。氣候、土壤、病蟲害等條件的限制導緻澱粉的産量難以快速提高，嚴重制約了人類文明的發展。近代以來，全球人口快速增長，澱粉的供需沖突日益突出。如何提高澱粉的産量，解決糧食安全問題，已成為擺在人類面前的重大難題。

各國科學家做出了不懈努力。早在上世紀20年代，德國科學家哈伯-博什方法就實作了從一氧化碳和甲醇到澱粉的化學合成。但限于當時技術條件，這個方法遠未實作工業化，對解決實際問題毫無裨益。

進入21世紀，一些科研團隊開始嘗試利用基因工程微生物實作澱粉的生物合成。但由于過程複雜、效率低下，至今沒有任何團隊取得突破。

中國科學家經過13年研發成功實作二氧化碳轉澱粉

在種種失敗嘗試的背景下，中國科學院微生物所韓延明研究組敢為天下先。2008年，在韓延明的上司下，研究組開始着手開展從二氧化碳到澱粉的轉化。

為實作這個宏偉目标，研究組集結了微生物學、植物學、合成生物學等多個領域的頂尖科學家。他們對澱粉生物合成進行了全面系統的研究，建構了高效的二氧化碳固定途徑和澱粉生物合成途徑。

通過微生物發酵與酶促反應技術的有機結合，終于在2021年實作了二氧化碳大規模轉化為澱粉。這一成就的意義非凡，堪稱生物技術領域的“人類登月”。

不同于其他團隊的盲目嘗試，韓延明研究組是在充分了解澱粉生物合成機理的基礎上進行定向設計的。他們發現，限制澱粉合成效率的瓶頸主要在于RuBisCO酶的低效率。

為此，研究組通過蛋白工程和代謝工程，使工程菌的碳固定效率提高了近6倍。同時，還篩選獲得了一株碳轉換效率極高的變形菌，作為澱粉生産的微生物工廠。

在新的微生物裝置中，二氧化碳先被固定成葡萄糖，再通過多酶聯反應被轉化為ADP-葡萄糖，最終生成澱粉粒。整個過程實作了從二氧化碳到澱粉的高效轉化，其效率是傳統農業途徑的8.5倍。更為重要的是，這個過程中還實作了溫室氣體的減排功能，可謂一箭雙雕。

“二氧化碳轉澱粉”技術的影響将堪稱世界科技史上的一次革命。

第一，它徹底颠覆了傳統農業對澱粉生産的壟斷，實作了澱粉從“農産品”到“工業産品”的曆史性跨越。這一技術的工業化将大幅提升澱粉的供給，降低其價格，徹底解決澱粉的供需問題。

第二，這項技術還具有減少溫室氣體排放的雙重效應。一方面直接利用固定二氧化碳;另一方面避免了大量農業活動帶來的氮氧化物、甲烷排放。這對實作碳中和具有積極意義。

第三，該技術的應用将帶來農業結構的優化更新。糧食作物中澱粉的供給壓力得以減輕，可以騰出更多土地用于其他高蛋白、高油脂、高維生素作物的種植，實作農業産出和營養的雙豐收。

最後，這項技術還将大力促進材料科學、能源科學等相關産業的發展。澱粉是重要的化工原料，在塑膠、造紙、織物、膠粘劑等行業都有大量用途。

利用“二氧化碳轉澱粉”技術生産的澱粉，可顯著降低上述産業的生産成本。此外，澱粉還可進一步轉化為生物乙醇、生物柴油等優質燃料。這為實作可再生能源的規模化應用創造了可能。

無疑，“二氧化碳轉澱粉”技術的革命性意義不亞于電燈泡、蒸汽機在曆史上所引發的産業變革。它将深刻改變人類的食物結構、工業結構和能源結構，推動文明向可持續發展的方向邁進。韓延明研究組為此做出的卓越貢獻，令人敬佩。

此項原創性技術的誕生，彰顯了中國科技創新實力的快速增長。在重大基礎科研領域，中國科學家已經展現出巨大智慧和無限可能。我們有理由相信，在不遠的将來，人類科技進步的主導力量将更多來自中國。

同時，我們也應清醒看到，目前中國科研資源仍然更多傾斜于應用研究。像韓延明研究組這樣高水準的基礎研究團隊還比較稀缺。要進一步提升原創能力，必須大力投入基礎研究，并從國家層面制定系統政策予以傾斜支撐。

“二氧化碳轉澱粉”技術的成功，既來自科研人員的創新精神，也有賴于國家在基礎研究方面的戰略投入。希望這成為中國進一步支援基礎研究的标杆性案例。隻有堅持基礎研究和原創創新，中國才能在更多科技前沿引領世界。讓我們共同期待創新的曙光照亮人類文明的前行道路!