二氧化碳人工合成淀粉样品。天津工生所供图

■本报记者 刘如楠

近日，葡京网投app_澳门葡京游戏-【在线*平台】：天津工业生物技术研究所（以下简称天津工生所）完成了二氧化碳人工合成淀粉的新一轮测试，淀粉合成产量再创新高，比2021年提高了10倍以上。

2021年，二氧化碳到淀粉的从头合成登上《科学》。“十四五”时期，人工合成淀粉项目完成了多轮迭代测试，效率逐年提高、成本逐年下降，距离工业化应用的目标越来越近。

2025年10月13日，首届二氧化碳固定和生物转化国际会议在天津召开。会上，葡京网投app_澳门葡京游戏-【在线*平台】：二氧化碳生物转化国际科学计划宣布正式启动，并发布《二氧化碳生物转化促进全球可持续发展天津倡议》。该国际科学计划由天津工生所牵头实施，旨在联合全球优势科研力量，深入解析二氧化碳固定和转化机制，进而设计构建更高效的人工生物系统，有望在二氧化碳生物转化理论与技术上取得重大突破，为应对气候变化、粮食安全等全球性挑战开辟全新路径。

“这对我们来说是很大的鼓舞，相信未来对我们的科研工作会有很大帮助。”天津工生所研究员蔡韬说。

从基础研究到应用攻关

2025年10月29日，蔡韬去医院体检。一听他的单位是天津工生所，负责体检的医生立马来了精神，问他：“你们那个淀粉做得怎么样了？什么时候能让大家吃上？”

“我感到老百姓对我们的科研项目真是很关心，整个社会对我们的期望也很高，我们必须把这个责任扛起来。”蔡韬说。

从寂寂无名到广为人知，人工合成淀粉项目已走过了10年。转折点出现在2021年，这一年，天津工生所通过复杂代谢途径的从头设计与精准调控，在国际上首次实现电/氢能驱动二氧化碳从头合成淀粉。

成果发布后，一下子引爆了学术圈和社会舆论，“二氧化碳合成淀粉”迅速成为热门话题。

国内外专家表示，该成果是“典型的‘从0到1’的原创性突破”；是一项扩展并提升人工光合作用能力的重大突破，具有“顶天立地”的重大意义；不仅对未来的农业生产，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的发展也具有里程碑式意义。

论文发表后的一段时间，团队成员的手机总响个不停。除了媒体报道、同行祝贺外，寻求合作的研究团队、生物技术公司、咨询公司也纷至沓来。随之而来的，还有人们对这项成果产业化的期待和质疑。

“这项技术能不能落地并进行产业化测试”“多长时间能够实现‘从1到10’的跨越”“工程化测试的‘卡脖子’技术在哪儿”“淀粉那么便宜，你们人工合成的淀粉那么贵，何必费时费力去做”……蔡韬和团队面临种种拷问与重重压力。

“那段时间我的心始终悬着，很焦虑。产业化测试带来了更大的挑战，急需建立一支专业化攻关队伍，这不是件容易的事。”蔡韬说。

2022年8月，天津工生所在总体研究部管理框架下成立了人工合成淀粉研究中心（以下简称淀粉中心），以加速产业化应用。

“产业化是我们最初的理想，也是最终的目标。初期爬坡那么艰难，走到一半却不走了，怎么甘心？”天津工生所创始所长马延和说。

目前，淀粉中心已经形成了30多人的核心团队，联合所内外优势研发力量，重点解决制约人工淀粉成本的核心基础科学问题。

提升合成效率，降低生产成本

效率和成本是实现人工合成淀粉产业化示范的决定性因素，无论是近期、中期还是远期目标，本质都是提高合成效率和逐步降低成本。

如果人工合成淀粉的成本能够降低至农业种植水平，将会大幅节约耕地和淡水资源，减少农药、化肥等对环境的负面影响，提高人类粮食安全水平。同时，人工合成淀粉的原料是工业废气中的二氧化碳，有利于破解葡京网投app_澳门葡京游戏-【在线*平台】：资源环境约束，实现“双碳”目标。

2022年底，二氧化碳人工合成淀粉工程化测试平台建成并启动测试。

决定人工合成淀粉效率和成本的关键在于酶，合成反应的每一步都离不开它。人工合成淀粉的过程需要10余种酶的参与，其中有一种人工酶——甲醛聚合酶，在反应体系中用量占一半，是不折不扣的“扛把子”。

“甲醛聚合酶极其重要，又极其顽固，我们想尽各种办法改造它。目前该酶的活性在2021年的基础上得到了大幅提高。”蔡韬介绍，“这意味着，它在整个反应体系中的用量将明显减少，酶成本将进一步降低。”

此外，在发酵罐中进行测试时，由于酶作用的环境发生变化，其能否“抗打抗压”十分重要。如果酶的稳定性不足，就很容易失活。

“为了增强酶的稳定性，我们设计了几千个酶的突变体，并对这些突变体一一验证。根据初次验证结果，我们再次复盘、设计、测试、验证，好中选优、优中选强，选择性能最佳的酶进行放大测试。”蔡韬说。

除了提高酶活性、增强酶稳定性之外，降低成本的另一个途径是将酶固定下来。简言之，就是把“一次性”的酶变成能够“重复利用”的酶。4小时、12小时、一天、一周……科研人员在实验室进行的每一次测试、改造，都在不断延长中试线上酶的寿命。

科研方式在变，组织模式不变

与许多依赖研究组长负责制的科研组织模式不同，二氧化碳合成淀粉项目一开始便以建制化模式展开，采用“总体研究部－研究组群－平台实验室”三维科研组织模式。

淀粉中心在三维科研组织模式下，组织和集中优势力量，进行资源、人员和装备的统筹和调配，打破研究组独立分散、无法有效组织重大项目、研究开发与产业应用不能有效结合的科研碎片化模式，加速推进项目攻关。

蔡韬介绍：“我们将具体的科研任务拆解、细化，再与所内外优势科研团队合作，最后在淀粉中心进行系统集成，完成项目实施。这样一来，最终的成果不是简单的‘拼盘’，而是一道完整的‘菜’。”

从人工合成淀粉工作启动至今，科研组织模式一以贯之。近几年，人工智能广泛应用于知识获取、数据分析、成果转化等方面，提升了科研效率，改变了传统科研方式。

以酶的改造和设计来说，原来需要基于数据库或已发表的文献，通过研究酶的结构、催化机制，设计定点突变来改造蛋白，再通过实验验证其活性。这个过程不仅费时费力，而且由于认知边界的局限，效果往往不尽如人意。但如今，研究人员借助人工智能大模型预测出突变组合，加速了试错过程，使得实验目标更明确、效率更高。

虽然人工智能节省了非常多的人力物力，但作为淀粉中心负责人，蔡韬仍轻松不起来。“这么多年来，我们一直在重压下前进。‘从0到1’难，降成本也难，最终要实现工业化应用更难。”蔡韬说，“尽管如此，我们还是要迎难而上。只有做了才有希望，不做什么都没有。”

蔡韬表示：“人工合成淀粉科研团队始终坚信——梦虽遥，追则能达；愿虽艰，持则可圆。”