※ 本文為 MindOcean 轉寄自 ptt.cc 更新時間: 2021-09-25 06:02:05
看板 Gossiping
作者 標題 [問卦] 中國開發出二氧化碳合成澱粉了?
時間 Fri Sep 24 13:49:56 2021
論文連結 Science:DOI：10.1126/science.abh4049
針對植物只能利用空氣中低濃度二氧化碳（0.04%）、低能量密度的太陽能（10 w/m2）、
生長周期長（3-4個月）、天然澱粉合成途徑長（大約60個步驟）、催化效率低（需要關
鍵酶RuBisco）等關鍵問題，科研人員耦合化學催化與生物催化技術，充分發揮化學催化
速度快與生物催化可合成覆雜化合物的優勢，從頭設計和構建了從二氧化碳到澱粉合成只
有11步反應的人工途徑(Artificial Starch Anabolic Pathway, ASAP)，在實驗室中首次
實現了從二氧化碳到澱粉的全合成。
生長周期長（3-4個月）、天然澱粉合成途徑長（大約60個步驟）、催化效率低（需要關
鍵酶RuBisco）等關鍵問題，科研人員耦合化學催化與生物催化技術，充分發揮化學催化
速度快與生物催化可合成覆雜化合物的優勢，從頭設計和構建了從二氧化碳到澱粉合成只
有11步反應的人工途徑(Artificial Starch Anabolic Pathway, ASAP)，在實驗室中首次
實現了從二氧化碳到澱粉的全合成。
受天然光合作用的啟發，科研人員在太陽能分解水制綠氫的技術上，進一步開發了高效的
化學催化劑，把二氧化碳還原成甲醇等更容易溶於水的一碳化合物（也就是C1），完成了
光能——電能——化學能的轉化，該過程的能量轉化效率超過10%，遠超光合作用的能量
利用效率（2%），也為後續進一步採用生物催化合成澱粉奠定了理論基礎。
化學催化劑，把二氧化碳還原成甲醇等更容易溶於水的一碳化合物（也就是C1），完成了
光能——電能——化學能的轉化，該過程的能量轉化效率超過10%，遠超光合作用的能量
利用效率（2%），也為後續進一步採用生物催化合成澱粉奠定了理論基礎。
科研人員在解決了熱力學不匹配、動力學陷阱等問題後，對各模塊進行不斷地測試、組裝
與調整，最終成功創建了1.0版途徑，實現了人工澱粉的實驗室合成，該途徑包含了來自
動物、植物、微生物等31不同物種的62個生物酶催化劑。在此基礎上，科研人員採用蛋白
質工程改造手段，對1.0版途徑中的三個關鍵限速步驟進行了改造，解決了途徑中的限速
酶活性低、輔因子抑制、ATP競爭等難題，得到2.0版途徑。在2.0版途徑中，生物酶催化
劑的用量減少了近一倍，澱粉的產率提高了13倍。進一步地，與二氧化碳通過化學法還原
生成甲醇的反應偶聯，構建出包括一個化學反應單元和一個多酶反應單元的3.0版本，通
過反應時空分離優化，解決了途徑中的底物競爭、產物抑制、中間產物毒性等問題，建立
了生化級聯反應系統，澱粉的產率又提高了10倍，並可實現直鏈澱粉與支鏈澱粉的可控合
成。可以說，該人工系統將植物澱粉合成的羧化-還原-重排-聚合以及需要組織細胞間轉
運的覆雜過程簡化為還原-轉化-聚合反應過程，目前，根據數據推算，使用人工合成方法
，從太陽能到澱粉的能量效率是玉米的3.5倍，澱粉合成速率是玉米澱粉合成速率的8.5倍
。
與調整，最終成功創建了1.0版途徑，實現了人工澱粉的實驗室合成，該途徑包含了來自
動物、植物、微生物等31不同物種的62個生物酶催化劑。在此基礎上，科研人員採用蛋白
質工程改造手段，對1.0版途徑中的三個關鍵限速步驟進行了改造，解決了途徑中的限速
酶活性低、輔因子抑制、ATP競爭等難題，得到2.0版途徑。在2.0版途徑中，生物酶催化
劑的用量減少了近一倍，澱粉的產率提高了13倍。進一步地，與二氧化碳通過化學法還原
生成甲醇的反應偶聯，構建出包括一個化學反應單元和一個多酶反應單元的3.0版本，通
過反應時空分離優化，解決了途徑中的底物競爭、產物抑制、中間產物毒性等問題，建立
了生化級聯反應系統，澱粉的產率又提高了10倍，並可實現直鏈澱粉與支鏈澱粉的可控合
成。可以說，該人工系統將植物澱粉合成的羧化-還原-重排-聚合以及需要組織細胞間轉
運的覆雜過程簡化為還原-轉化-聚合反應過程，目前，根據數據推算，使用人工合成方法
，從太陽能到澱粉的能量效率是玉米的3.5倍，澱粉合成速率是玉米澱粉合成速率的8.5倍
。
按照目前的技術參數推算，在能量供給充足的條件下，立方米大小的生物反應器年產澱
粉量相當於5畝土地玉米種植的澱粉年平均產量，這一成果使澱粉生產的傳統農業種植模
式向工業車間生產模式轉變成為可能。工業車間制造澱粉一旦成功，與農業種植相比，將
有機會節省超過90%的土地和淡水資源，而且可以消除化肥和農藥對環境的負面影響，這
對提高人類糧食安全水平，促進碳中和的生物經濟發展具有十分重大的意義。
粉量相當於5畝土地玉米種植的澱粉年平均產量，這一成果使澱粉生產的傳統農業種植模
式向工業車間生產模式轉變成為可能。工業車間制造澱粉一旦成功，與農業種植相比，將
有機會節省超過90%的土地和淡水資源，而且可以消除化肥和農藥對環境的負面影響，這
對提高人類糧食安全水平，促進碳中和的生物經濟發展具有十分重大的意義。
論文都上Science了 這些說法應該不會是唬爛的
有沒有化工高手出來說明一下
感覺這影響非常巨大
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※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 114.38.167.127 (臺灣)
※ 文章代碼(AID): #1XJMS7CK (Gossiping)
※ 文章網址: https://www.ptt.cc/bbs/Gossiping/M.1632462599.A.314.html
※ 編輯: koei5566 (114.38.167.127 臺灣), 09/24/2021 13:51:11
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→ : 畝產萬斤???????????????1F 111.249.158.63 台灣 09/24 13:50
推 : 摁摁跟我想的一樣2F 223.141.91.43 台灣 09/24 13:51
推 : 有點強呀幹3F 114.137.188.209 台灣 09/24 13:51
→ : 花多少能源啊，難道能打破熱力學定律4F 112.78.86.85 台灣 09/24 13:51
→ : 要人口爆炸惹5F 111.249.158.63 台灣 09/24 13:51
→ yoyodiy …
推 : 糧食危機有解了7F 1.200.34.6 台灣 09/24 13:52
→ : 植物長太慢而且要很多水8F 111.249.158.63 台灣 09/24 13:53
→ : 這個又快又省水
→ : 這個又快又省水
推 : 肥料用了金坷垃10F 114.46.210.132 台灣 09/24 13:53
→ : 台巴子看不懂吧，對牛彈琴11F 113.57.179.112 中國 09/24 13:53
→ : 農夫要失業了12F 111.249.158.63 台灣 09/24 13:53
→ : 直接拉到新疆內蒙用太陽能發電做就好13F 1.169.163.1 台灣 09/24 13:54
→ : 植物只能利用到0.04%的二氧化碳而已?14F 140.127.10.16 台灣 09/24 13:54
推 : 超越金坷拉了，終於不用看美國臉色15F 101.12.56.239 台灣 09/24 13:54
推 : 化工澱粉，有提升到食安？16F 218.164.162.59 台灣 09/24 13:54
推 : 是空氣中的二氧化碳比例只有0.04%17F 140.112.69.220 台灣 09/24 13:55
推 : 人工植物出現18F 1.174.81.83 台灣 09/24 13:55
→ : 一袋能頂兩袋撒19F 126.187.73.31 日本 09/24 13:55
推 : 去火星不用種馬鈴薯了！！！20F 42.72.243.237 台灣 09/24 13:55
推 : 太空軍21F 1.200.15.135 台灣 09/24 13:56
推 : 一定有加金坷垃22F 61.220.36.66 台灣 09/24 13:56
推 : 簡單來說，就是組合澱粉...只是用二氧化碳23F 1.200.154.9 台灣 09/24 13:57
推 : 太好了，農地通通拿來蓋樓炒房24F 42.77.37.4 台灣 09/24 13:58
→ : 以後我們都吃合成食品就好了
→ : 以後我們都吃合成食品就好了
推 : 這得看成本吧26F 101.12.58.238 台灣 09/24 13:59
噓 : 量產再說 支那唬爛的事太多了27F 111.83.165.255 台灣 09/24 13:59
推 : 韭菜田種植效率up28F 111.71.60.185 台灣 09/24 13:59
推 : 空氣酒要誕生了嗎29F 220.134.104.92 台灣 09/24 13:59
推 : 用了金珂拉 小麥畝產2萬830F 223.138.251.53 台灣 09/24 14:01
推 : 多拉A夢以前就畫過合成食物 現在這樣也敢31F 112.78.71.99 台灣 09/24 14:01
→ : 發表
→ : 發表
推 : 一次解決碳足跡和糧食問題？有點強欸33F 125.228.53.36 台灣 09/24 14:01
推 : +9島表示：會爆炸34F 49.217.5.150 台灣 09/24 14:01
推 : 投入產出比沒講35F 223.139.92.217 台灣 09/24 14:02
推 : 嗯嗯 這我5年前就想到了36F 49.216.55.252 台灣 09/24 14:03
→ : 不過成本和耗時 應該也要考慮37F 125.228.53.36 台灣 09/24 14:03
推 : 食物可以供應500億人了嗎？38F 223.138.153.156 台灣 09/24 14:04
推 : 這種沒礦物質的垃圾澱粉是垃圾中的垃圾39F 61.231.195.127 台灣 09/24 14:04
推 : 諾貝爾獎吧40F 101.136.78.251 台灣 09/24 14:04
推 : 看起來可行，問題就是耗能成本41F 140.112.52.73 台灣 09/24 14:05
推 : 超英趕美42F 61.216.95.31 台灣 09/24 14:05
推 : 成本沒算進去吧 而且多出來土地要幹嘛43F 220.138.50.235 台灣 09/24 14:05
→ : 拿來蓋房子 炒房嗎
→ : 拿來蓋房子 炒房嗎
推 : 啊不就高產蕃薯45F 110.28.37.225 台灣 09/24 14:06
推 : 熱力學應該是合理可行 動力學就要看催化劑46F 42.77.1.221 台灣 09/24 14:06
→ : 如果催化劑又貴又不能再生也沒用
→ : 如果催化劑又貴又不能再生也沒用
推 : 再開發固氮合成蛋白質技術吧48F 49.216.58.55 台灣 09/24 14:06
噓 : 你給我1000億我還能讓CO2變鑽石49F 114.136.77.95 台灣 09/24 14:09
推 : 良率跟成本沒說明50F 220.135.175.72 台灣 09/24 14:09
→ : 化學澱粉，沒有說副產品有哪些，除了消耗51F 114.137.201.160 台灣 09/24 14:10
→ : 二氧化碳又吃那些原料，觸媒取得的難易度
→ : 二氧化碳又吃那些原料，觸媒取得的難易度
→ : 問題是製程中的碳排有多少53F 223.136.33.13 台灣 09/24 14:11
→ : 神欸54F 122.116.128.166 台灣 09/24 14:12
推 : 金克拉？！55F 152.165.18.237 日本 09/24 14:13
推 : 厲害了，黨打算叫韭菜們吃空氣56F 42.77.215.28 台灣 09/24 14:15
→ : 有點看不懂 第一個是利用 生物催化，第二57F 180.176.176.191 台灣 09/24 14:15
→ : 個是轉化澱粉技術 都利用到Co2
→ : 個是轉化澱粉技術 都利用到Co2
推 : 韭菜們真的要開始進行光合/呼吸作用了59F 42.77.215.28 台灣 09/24 14:16
推 : 韭菜進化土不用吃，改吃二氧化碳60F 180.217.200.42 台灣 09/24 14:18
推 : 又可以養一匹韭菜了61F 114.137.79.50 台灣 09/24 14:20
推 : 肥宅呼吸都會胖是真的62F 49.216.83.202 台灣 09/24 14:20
推 : 是真的就諾貝爾獎了63F 1.168.248.70 台灣 09/24 14:22
推 : 不就植物葉綠體在做的事，把不必要的東西省64F 123.192.85.57 台灣 09/24 14:25
噓 : 以後不用向外國買糧食了 澱粉自給自足65F 101.9.37.183 台灣 09/24 14:25
→ : 略就提高效能了66F 123.192.85.57 台灣 09/24 14:25
推 : 以後火力電廠兼賣麵包了麼？67F 49.216.164.85 台灣 09/24 14:25
噓 : 中國人配給合成澱粉+水 不買奢侈品了68F 101.9.37.183 台灣 09/24 14:27
→ : 沒有寫反應濃度69F 114.24.243.135 台灣 09/24 14:28
→ : 熱力學不匹配跟動力學陷阱是啥？模擬？70F 42.72.146.157 台灣 09/24 14:30
推 : 我知道 金坷垃對吧71F 1.200.253.4 台灣 09/24 14:35
推 : 中國人吃空氣就飽72F 42.72.11.144 台灣 09/24 14:35
→ : 看起來跟種水稻沒什麼差別。73F 114.136.239.51 台灣 09/24 14:36
推 : 生化的吧74F 42.77.233.13 台灣 09/24 14:36
推 : 讓人人都有吃不完的澱粉變肥仔75F 101.9.139.172 台灣 09/24 14:38
→ : 實驗室可行不代表實用可行，再看看吧76F 59.124.2.4 台灣 09/24 14:39
推 : 窮人吃拉基食物，富人吃有機，世界階級77F 112.78.86.85 台灣 09/24 14:43
→ : 劃分更明顯
→ : 劃分更明顯
推 : 同時解決糧食跟溫室效應問題79F 111.82.145.79 台灣 09/24 14:50
→ : 實驗室做的出來和量產兩碼子事情80F 223.137.136.61 台灣 09/24 14:51
→ : 怎麼收集沒講81F 203.69.232.114 台灣 09/24 14:52
推 : 多拉a夢裡面用水和空氣作食物的機器82F 1.171.122.196 台灣 09/24 14:53
→ : 要成真了?
→ : 要成真了?
→ : 不就植物84F 39.8.2.125 台灣 09/24 14:55
推 : 二氧化碳大量下降氣候不暖化了？85F 110.30.185.248 台灣 09/24 14:55
推 : 是不是 美國· 聖地亞戈，American Shengdiya86F 111.241.133.151 台灣 09/24 14:56
→ : ge
→ : ge
推 : 有點猛一次解決兩個問題88F 223.136.221.19 台灣 09/24 15:07
推 : 如果是真的那人類以後可能不用擔心糧食89F 111.83.167.103 台灣 09/24 15:08
→ : 問題了 不過中國研究保持懷疑
→ : 問題了 不過中國研究保持懷疑
推 : 能量供給充足下91F 180.217.137.97 台灣 09/24 15:10
→ : 這個反應不可能從大氣直接吸CO2啦 要先
→ : 提高濃度
→ : 這個反應不可能從大氣直接吸CO2啦 要先
→ : 提高濃度
噓 : 中國人以後靠空氣就可以活了，完全不用94F 111.71.214.72 台灣 09/24 15:17
→ : 靠美帝小麥大豆惹，柯粉高潮
→ : 靠美帝小麥大豆惹，柯粉高潮
推 : 雲南生產大隊，種出1個500斤大的玉米!96F 36.234.120.155 台灣 09/24 15:18
→ : 中國人要進化了97F 36.237.131.16 台灣 09/24 15:18
推 : 不就金坷拉98F 111.253.77.112 台灣 09/24 15:28
噓 : 支那人什麽騙錢的招式都有，別意外99F 114.44.76.207 台灣 09/24 15:38
推 : 豪猛喔100F 112.78.65.142 台灣 09/24 15:40
→ : 不就金坷拉應用而已101F 101.9.111.86 台灣 09/24 15:42
推 : 沒必要逢中必反吧 這真的滿厲害的...102F 61.223.225.206 台灣 09/24 15:49
→ : 商業化雖然不確定 但移民火星也許用的到
→ : 不過我猜人類應該還是喜歡吃天然的食物
→ : 商業化雖然不確定 但移民火星也許用的到
→ : 不過我猜人類應該還是喜歡吃天然的食物
噓 : 沒有下一個扛200斤大麥十里不換肩的了105F 110.30.80.87 台灣 09/24 15:53
→ : 如果是真的 又有經濟效益真的很猛106F 60.251.52.150 台灣 09/24 16:08
→ be00148 …
噓 : 人民大耀進 2.0108F 1.161.127.159 台灣 09/24 16:12
推 : 哈哈109F 220.130.168.193 台灣 09/24 16:16
推 : 撒金柯拉就好啊，成本應該低很多110F 42.73.237.24 台灣 09/24 16:21
→ : 以後二氧化碳都不夠用了，還搞啥碳中和111F 113.57.179.112 中國 09/24 16:25
推 : 先推假裝看懂112F 60.248.167.177 台灣 09/24 16:30
噓 : 呼吸就會胖是真的！113F 180.177.33.135 台灣 09/24 16:30
推 : 被金蚵拉屌打114F 36.228.90.59 台灣 09/24 16:34
推 : 火星殖民有機會了115F 49.216.42.72 台灣 09/24 16:36
→ : 這道具我在哆啦a夢看過116F 223.136.35.100 台灣 09/24 16:37
推 : 錢學森早就預言過惹!你們這些低智商的不懂117F 118.165.92.148 台灣 09/24 16:39
推 : 假日我再來爬他論文看看118F 111.82.199.153 台灣 09/24 16:40
推 : 中國永動機都不知道製造幾台了，這個算119F 114.40.152.38 台灣 09/24 16:40
→ : 得了什麼
→ : 得了什麼
→ : 先推個121F 111.82.199.153 台灣 09/24 16:40
推 : 支那的東西反正看了就是先打三折再說122F 113.161.144.152 越南 09/24 16:40
→ : 澱粉來源那麼便宜 想商業化是瘋了吧123F 101.137.64.160 台灣 09/24 16:42
→ : 有人工病毒 也有人工澱粉124F 114.47.181.195 台灣 09/24 16:54
推 : 火星要缺乏大氣ㄌ嘻嘻125F 172.56.42.25 美國 09/24 16:56
噓 : 塔綠班：中國那麼棒你還不快滾過去126F 116.89.129.130 台灣 09/24 16:57
推 : 火星種田還沒實現就要被淘汰了嗎ww127F 111.82.207.79 台灣 09/24 17:04
推 : 如果能最佳化 商用化 或許能替糧食跟溫128F 118.170.36.128 台灣 09/24 17:04
→ : 室氣體議題提供一個可行的方案
→ : 室氣體議題提供一個可行的方案
推 : 中國有個很棒的形容詞 圈錢130F 27.51.2.28 台灣 09/24 17:12
→ : 成本多少沒說XD131F 118.166.86.181 台灣 09/24 17:15
→ : 我是不相信中國有發明新東西的土壤132F 39.10.228.48 台灣 09/24 17:18
推 : 全民吃營養棒 食物變奢侈品科幻小說世界!!133F 60.251.239.251 台灣 09/24 17:20
→ : 不用吃拿來當燃料也比較好134F 220.137.242.71 台灣 09/24 17:27
→ : 重點在如果真的能用太陽能分解掉二氧化碳
→ : 又可量產，那真的很猛
→ : 重點在如果真的能用太陽能分解掉二氧化碳
→ : 又可量產，那真的很猛
噓 : 假的，估計隨便拿偏美國高中生專題翻譯137F 116.236.72.82 中國 09/24 17:32
→ : 的
→ : 的
推 : 本肥表示欣慰139F 111.71.119.77 台灣 09/24 17:36
→ fhsh115 …
推 : 又一個新的詐騙出現惹141F 114.41.49.243 台灣 09/24 18:53
→ : 農業國要生氣了142F 49.216.46.245 台灣 09/24 18:55
推 : 你把金珂拉放哪了？143F 39.11.7.93 台灣 09/24 19:09
推 : 屌 是真的沒嗎？144F 223.136.106.100 台灣 09/24 19:19
推 : 聽起來超強145F 101.12.36.80 台灣 09/24 20:55
推 : 麥來亂！別開發病毒害人就謝天謝地了！146F 1.160.173.144 台灣 09/24 21:40
推 : 中國太厲害了 呼吸就能變麵條147F 111.249.130.110 台灣 09/24 22:07
→ : 簡直是耶穌
→ : 簡直是耶穌
推 : 打不到疫苗的韭菜，還是只能乖乖吃蟑螂149F 36.225.166.142 台灣 09/25 00:26
→ : 做的蛋白質磚啦
→ : 做的蛋白質磚啦
推 : 成本勒 但還是屌151F 101.10.16.182 台灣 09/25 02:52
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