民以食為天這句話，我們從小就耳熟能詳。但你有沒有認真思考過，如果有一天，我們不再依賴天氣，也能確保全國人民吃飽飯，甚至還能為全球糧食危機提供解決方案，那將意味著什么？
這聽起來像是電影中的未來場景，但現(xiàn)實是，中國科學(xué)家正一步步將這個設(shè)想變?yōu)楝F(xiàn)實。
2021年9月，中科院成功實現(xiàn)了“糧食”的化學(xué)合成，這項技術(shù)不需要耕地，就能實現(xiàn)糧食的自主生產(chǎn)。雖然目前尚未大規(guī)模應(yīng)用，但在未來，它有望實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。那么，科學(xué)家究竟是如何做到的呢？
從吃飽到吃得好
我國的耕地資源并不算豐富。根據(jù)2023年全國國土變更調(diào)查數(shù)據(jù)，全國耕地總面積為19.29億畝，較此前略有增長，但人均耕地面積仍然非常有限。
此外，其中還包含大量中低產(chǎn)田，真正適合高產(chǎn)種植的優(yōu)質(zhì)土地如黑土地和水澆地非常稀缺。雖然黑龍江、內(nèi)蒙古、河南等省是主要產(chǎn)糧區(qū)，但它們也面臨著土壤退化、地下水過度開采等挑戰(zhàn)。
與此同時，城市建設(shè)用地不斷擴張，生態(tài)退耕也在持續(xù)壓縮可用耕地面積。盡管國家實施了最嚴格的耕地保護政策，但靠開墾新地來大幅提高糧食產(chǎn)量已不現(xiàn)實。
地球的空間是有限的，適合耕種的土地早已被廣泛利用。南極和北極是冰川覆蓋區(qū)域，撒哈拉是廣袤沙漠，亞馬孫雨林則需要被保護。真正可開發(fā)的耕地已經(jīng)所剩無幾。
更嚴峻的是，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)消耗大量資源。全球約70%的淡水資源用于農(nóng)業(yè)灌溉，40%的土地專門用于種植糧食作物，這還不包括每年使用的大量化肥和農(nóng)藥。
即便如此，聯(lián)合國糧農(nóng)組織仍指出，全球仍有近10億人面臨食物短缺問題。我們迫切需要新的解決思路。
而中國人一向擅長破解難題。從袁隆平院士的雜交水稻，到耐鹽堿水稻、沙漠水稻，我們不斷在惡劣環(huán)境中挖掘潛力。
如今，我們正邁入一個全新的階段，不再完全依賴陽光和土壤，而是轉(zhuǎn)向?qū)嶒炇液蜕锓磻?yīng)器。這不是對農(nóng)業(yè)的放棄，而是為其增添了一位強有力的伙伴。
一場糧食生產(chǎn)的范式變革
談到中國糧食科技，袁隆平和他的雜交水稻無疑是不可忽視的里程碑。從1964年起，袁老帶領(lǐng)團隊從零起步，在質(zhì)疑聲中不斷刷新水稻畝產(chǎn)紀錄。
更難能可貴的是，他沒有止步于實驗室，而是將稻種帶到了鹽堿地、沙漠邊緣甚至海邊，讓更多人擺脫饑餓。
但科技的腳步從未停歇。如果說雜交水稻是讓土地更高效，那么合成淀粉則是嘗試脫離土地。
2021年，中科院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所宣布，首次在國際上實現(xiàn)了從二氧化碳到淀粉的全人工合成。
請注意，是全人工合成，完全不使用植物細胞，也不依賴光合作用，而是通過化學(xué)和生物催化構(gòu)建了一條全新的淀粉合成路徑。
這項研究之所以引起轟動，是因為它同時解決了兩大難題：糧食安全和碳排放問題。大氣中二氧化碳濃度上升是全球變暖的重要原因，而現(xiàn)在，我們竟然可以將它轉(zhuǎn)化為人類賴以生存的淀粉。
這種創(chuàng)新思維令人驚嘆。更實際的是效率的對比，自然界的玉米需要數(shù)月才能合成淀粉，而人工系統(tǒng)只需數(shù)小時；能量轉(zhuǎn)化效率是玉米的3.5倍，步驟也減少了50多步。
正因為如此，這項成果登上了國際頂級期刊《Science》，并引發(fā)全球廣泛關(guān)注。
但這并不意味著明天我們就能吃上合成主食。研究人員坦言，這項技術(shù)目前還處于早期階段。自然界的淀粉合成機制經(jīng)過數(shù)億年的進化，各個環(huán)節(jié)如同精密的瑞士鐘表，而人工系統(tǒng)目前還處于初步搭建階段。
例如，四個模塊如何無縫銜接、哪種酶組合最高效，都需要大量實驗驗證。但方向已經(jīng)明確，只要方向正確，就不怕路遠。
合成淀粉將如何塑造未來？
如果未來合成淀粉能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，它將帶來哪些改變？最直接的影響就是釋放大量土地資源。據(jù)估算，1立方米的反應(yīng)器一年產(chǎn)出的淀粉相當(dāng)于5畝玉米地。
這意味著我們未來可能不再需要不斷開墾土地、砍伐森林、爭奪水資源，而是轉(zhuǎn)向建設(shè)淀粉生產(chǎn)工廠。城市屋頂、郊區(qū)廠房，甚至偏遠地區(qū)都能成為糧食生產(chǎn)基地。
這對生態(tài)保護和植被恢復(fù)具有重要意義。工業(yè)生產(chǎn)淀粉預(yù)計可減少90%以上的土地和淡水使用，同時完全不需要化肥和農(nóng)藥。
要知道，農(nóng)業(yè)面源污染已成為許多河流湖泊的主要污染源之一。如果這部分壓力得以緩解，藍天、碧水、凈土的目標(biāo)將更進一步。
此外，合成淀粉還能提升糧食系統(tǒng)的穩(wěn)定性。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)受氣候影響大，旱澇、蟲害等因素常導(dǎo)致減產(chǎn)。而工廠化生產(chǎn)幾乎不受自然條件影響，可實現(xiàn)全年穩(wěn)定產(chǎn)出。
對于中國這樣人口眾多、自然災(zāi)害頻發(fā)的國家，這無疑為糧食安全提供了雙重保障。當(dāng)然也要理性看待，目前該技術(shù)仍處于中試階段，距離大規(guī)模量產(chǎn)還有不小距離。酶的成本、反應(yīng)條件優(yōu)化、產(chǎn)物純度控制等問題仍需攻克。
每一個技術(shù)環(huán)節(jié)都存在挑戰(zhàn)，我們也并不期待它徹底取代傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)。稻田風(fēng)光、麥浪翻滾，始終是文化與生活的重要組成部分。
但它可以作為極端情況下的保障手段，也可以作為工業(yè)原料或飼料的補充來源。即便只替代10%的農(nóng)業(yè)淀粉，也將帶來巨大的資源節(jié)約。
別忘了，它還有助于碳中和目標(biāo)的實現(xiàn)。通過將多余的二氧化碳轉(zhuǎn)化為淀粉，不僅減少了溫室氣體排放，還生產(chǎn)出有用的食品原料，堪稱雙贏的綠色科技。未來如果結(jié)合可再生能源驅(qū)動，甚至有望實現(xiàn)負碳生產(chǎn)。
回顧幾十年來，中國的糧食之路是一條不斷突破、超越自我的道路。從袁隆平一粒種子改變世界的信念，到如今合成淀粉的創(chuàng)新嘗試，一代代科研人員將“不可能”變?yōu)椤翱赡堋薄?/p>
我們常說，手中有糧，心中不慌。在當(dāng)前國際局勢復(fù)雜、氣候變化加劇的背景下，糧食自主的重要性愈發(fā)凸顯。
合成淀粉技術(shù)或許不會讓我們立刻實現(xiàn)“不種地也能吃飯”，但它代表了一種方向，一種自信。中國人不僅能種好地，還能用科技創(chuàng)造新的可能。
未來，我們吃的饅頭、用的糖，可能一部分來自工廠的反應(yīng)器，另一部分仍然來自田野的陽光雨露。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)與現(xiàn)代科技并不沖突，它們可以攜手并肩，共同守護我們這個人口大國的飯碗。
主要信源
首次！中科院科學(xué)家實現(xiàn)CO?人工合成淀粉，效率比玉米高8.5倍——中科院物理所2021年09月25日 人工合成淀粉，技術(shù)造物新突破——新華網(wǎng)中科院實現(xiàn)“人工光合作用”，實驗室用CO?合成淀粉，效率比玉米高8.5倍——澎湃新聞自然資源部：全國耕地面積19.29億畝，增加1120.4萬畝——北京日報客戶端2024-12-232025年我國早稻實現(xiàn)增產(chǎn)——國家統(tǒng)計局農(nóng)村司長魏鋒華解讀早稻生產(chǎn)情況——中國產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟信息網(wǎng) 時間：2025-09-05
