中國再破世界第一！化學合成糧食即將量產，不用種地糧食自由了

1954年盛夏，華北某軍墾農場的倉庫前，老趙甩著草帽嘀咕：“要是能把空氣里的啥玩意兒變成飯就好了。”這句玩笑話，無意間道出了幾代科研人員窮盡心血的目標——讓糧食不再完全依賴土地與天氣。七十年過去，一句當年的苦中作樂，如今悄然成為實驗室里的現實。

對經歷過缺糧年代的人來說，“吃飽”二字分量沉重。20世紀50—70年代間，我國年均口糧緊張，極端天氣、落后技術與人口激增交織，催生出無數關于糧荒的記憶。正是在這種背景下，水稻專家袁隆平踏上了雜交之路，推廣至今已養活數億人口。然而，農業再發達也繞不開天災與土地紅線，新的挑戰敦促科研戰線另辟蹊徑：能否直接把最廉價、最普遍的二氧化碳變成主糧核心——淀粉？

早在1964年，中科院化學所就嘗試電化學路線合成葡萄糖，當時兩份實驗記錄只寫下“收率低，暫緩”。70年代，酶工程興起；80年代，發酵工業擴張，玉米糖漿批量生產，可“從氣到糧”仍屬天方夜譚。直到進入21世紀，生物催化、定向進化等技術接連突破，曾經的幻想再次被擺上了課題表。

2015年春，京滬高鐵上，天津工業生物研究所的馬延和望著車窗外霧靄，隨口一句：“要是能把二氧化碳直接變成淀粉，該多痛快。”同行的青年博士蔡稻隨即記錄在筆記本，這一念頭隨即上升為國家重點研發計劃“二氧化碳人工合成淀粉”項目，代號SAST—001。

方案并不循規蹈矩。團隊將傳統植物體內長達60多步的光合作用拆解、重組，設計出“化學催化—生物酶耦合”11步短途線路：先用可再生電力電解水，制取氫氣；隨后借助鈀基催化，將捕集的CO?轉成甲醇、甲酸；再由定向進化出的多肽酶逐級聚合，最終生成直鏈與支鏈兼具的α-淀粉。這條路線理論轉化效率可達7%，是玉米光合作用的8倍多。

真正的拐點出現在2018年7月24日。那天傍晚，實驗室一片寂靜，研究員喬婧把一滴碘液滴進微反應器，溶液由無色變成淺藍。她愣了兩秒，大聲喊道：“成了！”蔡稻聞訊飛奔而來，頃刻汗透白襯衣。連夜復現，第二天再次顯藍。三年苦戰，終于換得“一滴藍”。

此后，參數調優步步提速。到2021年9月，團隊在《科學》雜志發表成果：1升反應器年產淀粉410克。按推算，1立方米生物反應器的年產可比肩5畝高產玉米，且不挑土地、不畏旱澇。消息發布當天，多國同行發來祝賀郵件，稱其為“人類首次在實驗室規模內完成完整淀粉人工合成”。

這不僅是實驗室里的好看數據。想象一下，鋼廠廢氣中的二氧化碳被捕集后直接喂給生物反應器，幾天后便沉淀出可食用的淀粉粉末；再配合發酵蛋白、人工油脂，一條嶄新的“無田糧倉”悄然呈現。若未來模塊化工廠沿著高鐵、沿海港口鋪開，用電網多余綠電驅動，將可大幅削減對耕地、水資源的依賴。

有人擔心“化學糧”是否安全。事實上，淀粉的分子式是C?H??O?，無論源自稻谷、小麥還是反應器，結構完全一致。關鍵只在純度與成本。監管部門早在2022年就組織了毒理與營養評估，結果與天然淀粉無顯著差異。至于口感，這取決于后續的熟化、糊化工藝，技術人員笑稱“面條能做得更筋道”。

成本問題同樣不容忽視。當前最大開銷在酶制劑與電力。所里采取雙線推進：一邊對關鍵酶進行連續定向進化，活性已提高百倍；另一邊與華東某風電企業簽署購電協議，鎖定低谷電價。按照實驗線數據，噸級示范裝置的邊際成本有望逼近玉米淀粉市場價。馬延和曾半開玩笑，“只要開進沙漠，哪怕黃沙漫天也能產出面粉。”

回顧來時路，化學合成糧食的想法并非憑空冒出，而是數十年間一次次饑饉記憶與科技跨越的合奏。今天的突破，為的是讓明天的餐桌不再仰賴風調雨順，也讓工業尾氣有了變廢為寶的出口。老趙當年隨口的愿望，正在不動聲色地成為現實。