中国再破世界第一！化学合成粮食即将量产，不用种地粮食自由了（组图）

1954年盛夏，华北某军垦农场的仓库前，老赵甩着草帽嘀咕：“要是能把空气里的啥玩意儿变成饭就好了。”这句玩笑话，无意间道出了几代科研人员穷尽心血的目标——让粮食不再完全依赖土地与天气。七十年过去，一句当年的苦中作乐，如今悄然成为实验室里的现实。

对经历过缺粮年代的人来说，“吃饱”二字分量沉重。20世纪50—70年代间，我国年均口粮紧张，极端天气、落后技术与人口激增交织，催生出无数关于粮荒的记忆。正是在这种背景下，水稻专家袁隆平踏上了杂交之路，推广至今已养活数亿人口。然而，农业再发达也绕不开天灾与土地红线，新的挑战敦促科研战线另辟蹊径：能否直接把最廉价、最普遍的二氧化碳变成主粮核心——淀粉？

早在1964年，中科院化学所就尝试电化学路线合成葡萄糖，当时两份实验记录只写下“收率低，暂缓”。70年代，酶工程兴起；80年代，发酵工业扩张，玉米糖浆批量生产，可“从气到粮”仍属天方延谈。直到进入21世纪，生物催化、定向进化等技术接连突破，曾经的幻想再次被摆上了课题表。

2015年春，京沪高铁上，天津工业生物研究所的马延和望着车窗外雾霭，随口一句：“要是能把二氧化碳直接变成淀粉，该多痛快。”同行的青年博士蔡稻随即记录在笔记本，这一念头随即上升为国家重点研发计划“二氧化碳人工合成淀粉”项目，代号SAST—001。

方案并不循规蹈矩。团队将传统植物体内长达60多步的光合作用拆解、重组，设计出“化学催化—生物酶耦合”11步短途线路：先用可再生电力电解水，制取氢气；随后借助钯基催化，将捕集的CO₂转成甲醇、甲酸；再由定向进化出的多肽酶逐级聚合，最终生成直链与支链兼具的α-淀粉。这条路线理论转化效率可达7%，是玉米光合作用的8倍多。

真正的拐点出现在2018年7月24日。那天傍晚，实验室一片寂静，研究员乔婧把一滴碘液滴进微反应器，溶液由无色变成浅蓝。她愣了两秒，大声喊道：“成了！”蔡稻闻讯飞奔而来，顷刻汗透白衬衣。连夜复现，第二天再次显蓝。三年苦战，终于换得“一滴蓝”。

此后，参数调优步步提速。到2021年9月，团队在《科学》杂志发表成果：1升反应器年产淀粉410克。按推算，1立方米生物反应器的年产可比肩5亩高产玉米，且不挑土地、不畏旱涝。消息发布当天，多国同行发来祝贺邮件，称其为“人类首次在实验室规模内完成完整淀粉人工合成”。

这不仅是实验室里的好看数据。想象一下，钢厂废气中的二氧化碳被捕集后直接喂给生物反应器，几天后便沉淀出可食用的淀粉粉末；再配合发酵蛋白、人工油脂，一条崭新的“无田粮仓”悄然呈现。若未来模块化工厂沿着高铁、沿海港口铺开，用电网多余绿电驱动，将可大幅削减对耕地、水资源的依赖。

有人担心“化学粮”是否安全。事实上，淀粉的分子式是C₆H₁₀O₅，无论源自稻谷、小麦还是反应器，结构完全一致。关键只在纯度与成本。监管部门早在2022年就组织了毒理与营养评估，结果与天然淀粉无显著差异。至于口感，这取决于后续的熟化、糊化工艺，技术人员笑称“面条能做得更筋道”。

成本问题同样不容忽视。当前最大开销在酶制剂与电力。所里采取双线推进：一边对关键酶进行连续定向进化，活性已提高百倍；另一边与华东某风电企业签署购电协议，锁定低谷电价。按照实验线数据，吨级示范装置的边际成本有望逼近玉米淀粉市场价。马延和曾半开玩笑，“只要开进沙漠，哪怕黄沙漫天也能产出面粉。”

回顾来时路，化学合成粮食的想法并非凭空冒出，而是数十年间一次次饥馑记忆与科技跨越的合奏。今天的突破，为的是让明天的餐桌不再仰赖风调雨顺，也让工业尾气有了变废为宝的出口。老赵当年随口的愿望，正在不动声色地成为现实。