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全球首次!中国将解决粮食问题?合成蛋白质成功,实现万吨级产能

2021-11-01  星辰大海...


    中国农业科学院饲料研究所10月30日宣布,我国在一碳生物合成领域取得突破性进展:全球首次实现从一氧化碳到蛋白质的合成,并已形成万吨级工业产能!即将于11月在英国格拉斯哥拉举行的第26届联合国气候变化大会(COP26)前夕宣布这一突破性发现,其意义之重大,完全可以用气候剧变中的一抹曙光来形容!

    全球首次!中国将解决粮食问题?合成蛋白质成功,实现万吨级产能

    合成蛋白质,到底有多重大的意义?

    新华社北京9月24日报道,中科院天津工业生物技术研究所在人工合成淀粉方面取得了重大进展,以二氧化碳、电解产生的氢气为原料,成功生产出淀粉,完全不依赖光合作用,这项技术的进展,各大媒体纷纷以“真可以喝西北风”作为标题,其伟大意义不言而喻。

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    因为人工合成淀粉的效率可达自然界农业生产方式的8.5倍,1立方米的生物反应容器就可达5亩玉米地的生产水平,未来的农业生产将实现完全的工业化生产,人类第一次站在了“上帝”的角度解决粮食问题。

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    但在大家纷纷庆祝庆祝中科院科学家的突破性成就之际,有部分人不合时宜地跳出来称,光合作用仍然无法替代,二氧化碳合成淀粉只是解决了直链和支链淀粉,二氧化碳合成淀粉的技术根本就无法解决光合作用。

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    事实上确实存在这个问题,但在人类第一次超越光合作用合成“粮食的一部分”这个重大意义面前,直接就以出言讽刺的方式调侃二氧化碳合成淀粉技术,就像嘲笑一个婴儿还无法说话那样腹黑,注定要被大家口诛笔伐!果然刚出声就被大伙给骂走了。

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    合成蛋白质,粮食合成道路上的又一个伟大进步

    不是有人说二氧化碳合成淀粉无法代替光合作用么?这不打脸的来了,中国农业科学院饲料研究所10月30日宣布,“全球首次实现从一氧化碳到蛋白质的合成,并已形成万吨级工业产能”,这是什么概念,不仅实现了一氧化碳而成蛋白质,而且还实现了万吨级工业产能,这要比二氧化碳合成淀粉的技术成熟不知道多少倍。

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    自然界的光合作用过程非常复杂,植物、藻类等生产者和某些细菌等利用光能把二氧化碳、水或硫化氢变成碳水化合物的过程称之为光合作用,一般会经历如下过程:

    12H2O +阳光→ 12H2 + 6O2 [光反应]

    12H2 (来自光反应) + 6CO2 → C6H12O6 (葡萄糖) + 6H2O [碳反应]

    光合作用肯定需要阳光和水以及二氧化碳的参与,其太阳光的利用率大约在3%~6%之间,除了产生碳水化合物,植物叶子的光合作用也能合成类脂有机酸氨基酸和蛋白质,其中产生蛋白质比较有意思:

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    蛋白质合成需要氮的参与,因此氮肥比较高合成蛋白质也比较多,而且植物的幼嫩的叶子中合成蛋白质比例比较高,随着树叶长大变老,则趋向于合成碳水化合物,另外光照波段也有影响,比如蓝紫光下则合成蛋白质比较多,而红光则趋向于合成碳水化合物。但蛋白质合成过同样非常复杂:

    自然光合作用形成碳水化合物,再经三羧酸循环途径多个复杂的生物转换与酶促反应后形成蛋白质合成需要的氨基酸,继而再合成为蛋白质。涉及副厂复杂的生化合成、生理调控等生命过程,反应缓慢、物质和能量的转化效率较低,最终积累的蛋白质含量很低。

    项目首席科学家、中国农科院饲料所研究员薛敏博士介绍,在人工条件下,以一氧化碳和氮源(氨)大规模生物合成蛋白质,突破了乙醇梭菌蛋白核心关键技术,大幅度提高反应速度(22秒合成),创造了工业化条件下一步生物合成蛋白质收率最高85%的世界纪录。

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    效率比天然合成提高几十倍,直接突破了自然界的禁锢,突破气候的限制,完全以工业化生产的方式实现了蛋白质合成,实在是无法想象的伟大成就!

    气候剧变的时代,合成粮食是唯一不靠天吃饭的技术

    10月14日,NOAA宣布2020冬季拉尼娜现象可能性达到了87%,10月22日,国家气候中心宣布今年冬天拉尼娜年将成定局,很多媒体都在讨论,全球变暖的背景下是地球是否会突然进入小冰期,话题越来越惊悚!

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    从理论上看,全球变暖将会改变AMOC(大西洋经向环流),它是向北极输送热量的重要途径,其驱动原理则温盐环流,也就是温度和盐度驱动,冰盖融化大量淡水进入海洋破坏了平衡,热量输送降低,如果再辅以温带大规模反气旋等进入极寒冬季,出现小冰期也就半年时间。

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    而今年拉尼娜年的极寒冬季也让大家在讨论《后天》中的现象是否会真的发生!小冰期真的很可怕,它不只是冷,而是会造成农作物大规模减产,比如1815年坦博拉火山大规模喷发后的1816年被称为无夏之年。

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    因为头一年的火山灰进入了平流层,阻止了阳光到达地面,使得半球很多地区夏季还出现了暴风雪,而且还是暴雪和寒流之后又是35℃以上的高温,农作物根本无法经受如此折腾,因此当年的美洲、亚洲以及欧洲都出现了不同程度的饥荒,大批民众死于粮食短缺。

    唯一不靠天吃饭的技术,粮食合成

    很多科幻片中都有大规模温室生产粮食的技术,但上文已经说明了,植物的光合作用转换率理论上也只能到11%,实际则在6%左右,能源浪费极其严重,而且大量的植物茎秆都难以利用,而人工合成完全解决了这个问题。

    全球首次!中国将解决粮食问题?合成蛋白质成功,实现万吨级产能

    淀粉合成已经达到了自然界农业生产的8.5倍,蛋白质合成效率则是85%,而且时间缩短到以秒计算,而且淀粉生产居然以温室气体二氧化碳为原料,这将有潜力一次性解决全球变暖和粮食问题,而一氧化碳的获取难度也不高。

    全球首次!中国将解决粮食问题?合成蛋白质成功,实现万吨级产能

    人类第一次翻过了自然界这座高山,开始进入人工合成粮食的时代,尽管很多朋友都知道,这碳水化合物以及蛋白质的种类何其多,人类能一一搞定吗?

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    就像当年的塑料工业一样,刚开始不也是无数缺陷么,但现在塑料已经深入了人类生活的每个方面,虽然它在大家印象中塑料是个祸害,但现代工业还能离开塑料吗,合成粮食的技术一定会不断完善与进步。

    全球首次!中国将解决粮食问题?合成蛋白质成功,实现万吨级产能

    假如小冰期发生,那么可耕种粮食作物的将会集中到赤道以及低纬度地区,粮食生产完全不能满足人类的需要,合成粮食可能将成为人类未来恶劣气候时代的重要技术。当然它也将在更遥远未来的星际殖民时代的粮食保证。

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