1954年盛夏，華北某軍墾農(nóng)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(biāo)——讓糧食不再完全依賴土地與天氣。七十年過去，一句當(dāng)年的苦中作樂，如今悄然成為實驗室里的現(xiàn)實。

對經(jīng)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(shù)與人口激增交織，催生出無數(shù)關(guān)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(yǎng)活數(shù)億人口。然而，農(nóng)業(yè)再發(fā)達也繞不開天災(zāi)與土地紅線，新的挑戰(zhàn)敦促科研戰(zhàn)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(xué)所就嘗試電化學(xué)路線合成葡萄糖，當(dāng)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(fā)酵工業(yè)擴張，玉米糖漿批量生產(chǎn)，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(shù)接連突破，曾經(jīng)的幻想再次被擺上了課題表。

2015年春，京滬高鐵上，天津工業(yè)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(fā)計劃“二氧化碳人工合成淀粉”項目，代號SAST—001。

方案并不循規(guī)蹈矩。團隊將傳統(tǒng)植物體內(nèi)長達60多步的光合作用拆解、重組，設(shè)計出“化學(xué)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(zhuǎn)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(zhuǎn)化效率可達7%，是玉米光合作用的8倍多。

真正的拐點出現(xiàn)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(yīng)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(fù)現(xiàn)，第二天再次顯藍。三年苦戰(zhàn)，終于換得“一滴藍”。

此后，參數(shù)調(diào)優(yōu)步步提速。到2021年9月，團隊在《科學(xué)》雜志發(fā)表成果：1升反應(yīng)器年產(chǎn)淀粉410克。按推算，1立方米生物反應(yīng)器的年產(chǎn)可比肩5畝高產(chǎn)玉米，且不挑土地、不畏旱澇。消息發(fā)布當(dāng)天，多國同行發(fā)來祝賀郵件，稱其為“人類首次在實驗室規(guī)模內(nèi)完成完整淀粉人工合成”。

這不僅是實驗室里的好看數(shù)據(jù)。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(yīng)器，幾天后便沉淀出可食用的淀粉粉末；再配合發(fā)酵蛋白、人工油脂，一條嶄新的“無田糧倉”悄然呈現(xiàn)。若未來模塊化工廠沿著高鐵、沿海港口鋪開，用電網(wǎng)多余綠電驅(qū)動，將可大幅削減對耕地、水資源的依賴。

有人擔(dān)心“化學(xué)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(yīng)器，結(jié)構(gòu)完全一致。關(guān)鍵只在純度與成本。監(jiān)管部門早在2022年就組織了毒理與營養(yǎng)評估，結(jié)果與天然淀粉無顯著差異。至于口感，這取決于后續(xù)的熟化、糊化工藝，技術(shù)人員笑稱“面條能做得更筋道”。

成本問題同樣不容忽視。當(dāng)前最大開銷在酶制劑與電力。所里采取雙線推進：一邊對關(guān)鍵酶進行連續(xù)定向進化，活性已提高百倍；另一邊與華東某風(fēng)電企業(yè)簽署購電協(xié)議，鎖定低谷電價。按照實驗線數(shù)據(jù)，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(chǎn)出面粉�！�

回顧來時路，化學(xué)合成糧食的想法并非憑空冒出，而是數(shù)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(fēng)調(diào)雨順，也讓工業(yè)尾氣有了變廢為寶的出口。老趙當(dāng)年隨口的愿望，正在不動聲色地成為現(xiàn)實。