“无中生有”技术

　　我国农耕文化博大精深。据考古发现，我国早在一万年前就已经有谷物种植。如河北武安磁山遗址发现了距今8000年前的碳化粟米粒，浙江河姆渡遗址发掘出了7000年前的稻谷、稻秆、稻叶。为了解决吃饭问题，古人孜孜以求，人工选择种植一切可以吃的植物，并在长期的实践过程中逐渐积累经验，选择出能量高、易吸收、能推广的农作物品种。不同的农作物，对土壤资源的需求也是不同的，有的适应在富含有机质的土壤，有的适应在微酸和微碱性土壤。农作物生产过程中，土壤之中的无机盐和有机质，都会被吸收转化为自身能量。要想保证土壤中的能量足够农作物生长，需要人工输入“能源”-化肥。伴随着大量化肥的投入，带来了较为严重的农地碳排放，还破坏了农业的生态环境。如何平衡环境保护与粮食需求，成为农业未来发展需要思考的重要命题。除了从农业自身挖掘潜力之外，更需要一种突破性技术，来摆脱农业发展对农业生产资料投入的过度依赖。

　　最近，中国科学院天津工业生物技术研究所研究团队在淀粉人工合成方面取得了重大进展，从头设计了非自然的人工固碳与淀粉合成路线，创建了从二氧化碳到淀粉合成的新途径，国际上首次实现了二氧化碳到淀粉的从头合成。这一“无中生有”技术将颠覆传统农业种植方式，将改变对农业生产资料的依赖，并在生态环境保护方面产生巨大影响。

　　粮食由土地种植向工厂制造转变

　　土地资源是农业基础性生产要素，是第一生产要素。如果我们食用的粮食，不需要土地种植，那么我们就可以摆脱靠天吃饭和土地资源紧张的命运，这个看似天方夜谭的事情已变成现实。现在我们所需的淀粉，可以利用二氧化碳作为原料，通过类似酿造啤酒一样的过程，在生产车间中制造出来。据测算，1吨发酵罐的年产淀粉数量相当于5亩土地的玉米淀粉产量，而通常100平方米普通生产车间可以容纳30个甚至更多的1吨发酵罐。具有体积小，“能量”大，不受外部自然气候环境影响，周年运转，可以实现标准化、规模化、产业化，集约式发展。可以想象，未来我们将从空气中攫取原材料，从工厂中获得农产品，我们对土地的依赖程度也将大幅度降低。

　　农业由碳“源”向碳“汇”转变

　　农业生产本身既是碳“源”，又是碳“汇”，如果我们把节约的大量土地通过土地利用的变化、土地整治等增加碳“汇”，减少碳排放，那么，我们就可以使农业生产由碳“源”变成碳“汇”。农业生产离不开大量化肥、农药、农膜等农业生产资料的投入，它们在生产过程中会排放大量的二氧化碳；农业生产中农业机械运用以及农业灌溉过程中，汽油、电能利用直接或间接耗费化石燃料，形成碳释放，增加地球上温室气体的负担。据田云、李波等研究，我国农地利用所导致的总碳排放量为7843.08万吨（2008年），基于国家统计局相关数据（第三次全国国土调查主要数据公报）推算，我国农地（耕地、园地）平均碳排放量约为500吨/公顷。如果1个3吨发酵罐与1公顷土地淀粉产量相当，那么同等替代就相当于减少碳排放500吨，对“碳中和”将起到显著的促进作用。未来，我们可以进一步优化种植业结构，减少资源高消耗、化学品大投入的农作物种植，使农业生产由区域性单一种植向农林牧渔的多元化转变，由单一农产品供给功能向增加碳汇、保护生态环境的功能转变。

　　目前，通过采用合成生物技术方式，微生物细胞作为细胞工厂，只需要酵母、细菌等做“底盘”，即可跳过植物光合作用合成物质的步骤，直接使用二氧化碳作为原料，完成生物合成。在农产品方面，我们已实现人参皂苷、番茄红素、灯盏花素、天麻素等众多天然产物的人工合成，形成了新的制造模式。以天麻素为例，其生物合成成本是植物提取的1/200、化学合成的1/2-1/3，生产效率大幅提升。像红景天苷，这种成分只有在生长于海拔4000米以上的红景天中才能提取到，现已经实现在工厂里生产制造。合成生物技术的应用，颠覆了农业传统产业模式，为社会经济问题提供解决方案，创造价值链高端的新经济增长点。