■本报记者 刘如楠
在中国科学院天津工业生物技术研究所（以下简称天津工生所）二氧化碳人工合成淀粉实验室，临近门口的墙上挂着一份不起眼的“签退表”，记录了每天最后一个离开实验室的人。这个人要负责关好门窗、关闭仪器设备、确认低温冰箱正常运行……最后，签上名字和时间，离开。
细数签字时间，21点、22点、23点、24点，甚至凌晨3点。几个小时之后，这些仪器设备便又会迎来它们的主人。
得益于团队成员的通力合作，前不久，他们完成了二氧化碳人工合成淀粉的新一轮测试，淀粉合成产量比2021年提高了10倍以上。
2026年1月底，二氧化碳人工合成淀粉团队获得“中国科学院先进集体”称号。
从1到4，再到30+
2月初，又一位年轻人来实验室报到，成为二氧化碳人工合成淀粉团队的第35位成员。自2022年人工合成淀粉研究中心（以下简称淀粉中心）成立以来，这里就在源源不断地吸纳“新鲜血液”，以加速产业化应用。
鲜为人知的是，这条路上，曾经只有天津工生所研究员蔡韬的身影。2015年，在美国明尼苏达大学访问交流的蔡韬接到时任天津工生所所长马延和的电话，得知“所里计划做凭空制造淀粉项目”。
“凭空制造？这可能吗？”蔡韬很惊讶，又很兴奋。当时他加入天津工生所两年多，抱着“做以应用为导向的基础研究”的想法，从传统生物学转向合成生物学研究，并外出访学。
蔡韬深感这个项目意义重大，但要怎么做、能不能做成，心里一直在打鼓。
如果人工合成淀粉的成本能够降低至农业种植水平，将会大幅节约耕地和淡水资源，减少农药、化肥等对环境的负面影响，提高人类粮食安全水平。同时，人工合成淀粉的原料是工业废气中的二氧化碳，有利于破解我国资源环境约束，实现“双碳”目标。
前期调研结果不容乐观。一听说这个想法，即使是领域内的知名专家也纷纷摇头：“植物光合作用已存在十几亿年，至今还未完全弄清楚系统机制，你们能从头合成？”
“可转头想想，植物能做的事，我们怎么就不能做？”马延和的坚定给了蔡韬不少底气。重重质疑下，二氧化碳合成淀粉项目开启了前期实验探索。最初，除了蔡韬外，项目组只有3名技术人员承担实验技术工作。
然而，要啃下这么一块“硬骨头”，单靠一个项目组几乎是不可能的。在研究所的大力支持下，项目组联合所内外十余个团队，开展了为期6年的艰难攻关。
2018年的一天，蔡韬突然接到实验室技术员发来的一张照片，3支并排的试剂管中，加入最新试验产物的试剂管里的碘溶液呈淡蓝紫色，与左边无色试剂管、右边深蓝色试剂管对比明显。研究团队第一次看到淀粉蓝。至此，制造路径终于打通。
2021年，天津工生所联合中国科学院大连化学物理研究所在《科学》发表论文，通过复杂代谢途径的从头设计与精准调控，在国际上首次实现电/氢能驱动二氧化碳从头合成淀粉。
论文发表一年后，淀粉中心正式成立。“从实验室的小规模尝试走向生产线上的批量生产，需要克服的困难非常多，没有一支强有力的专业队伍，不可能实现。”蔡韬说。
分能独当一面，合则聚力攻关
要提高生产效率、降低生产成本，关键在于酶，合成反应的每一步都离不开它。因此，整个淀粉中心的布局几乎都围绕着酶展开。
“找酶”小组负责利用人工智能预测突变组合，针对其中最有潜力的基因位点进行设计改造。随后，由“用酶”小组接过“接力棒”，对计算设计出的酶进行实验验证，观察其在实际反应中是否有效；当几种不同作用的酶都被验证后，就需要进行串联实验，保证各个酶能通力合作，“不打架”。
当实验室规模扩大到生产线，对酶的需求陡然增加。这时，“产酶”小组对关键酶高效表达菌株创建、发酵工艺优化以及固定化工艺开发等进行攻关，进一步降低人工合成淀粉的用酶成本。
“平时，各个小组都在分片作战，力争在各自的领域做到极致。到了需要在生产线上进行验证的时候，大家就会形成合力，不断磨合改进，追求最优的验证结果。”天津工生所副研究员孙红兵说。
在孙红兵看来，到了生产线验证阶段，往往是大家最有团队荣誉感的时候，“大家拧成一股绳，劲儿往一处使，需要谁，谁就能立刻顶上。这种热火朝天的感觉是以前不曾有过的”。
团队越来越大，成员越来越多，负责人的压力自然越来越大。前几年，蔡韬每天下午到晚上几乎都在与团队成员讨论交流项目课题。从周一到周五，几个不同的小组按天排序，成员轮流汇报本周的进展、讨论待解决的问题。
“这么多年来，我们一直在重压下前进。‘从0到1’难，降成本也难，最终要实现工业化应用更难。在这样的情况下，我很难轻松下来。”蔡韬说。
前不久，团队完成了难度更高的迭代升级测试，淀粉合成产量再创新高。“你能感觉到蔡老师发自内心地高兴，那两天他一直笑眯眯的，走到每个人身边，几乎跟每个人都讨论了这个结果。”孙红兵说。
“穿越山海，从不懈怠”
去年春节联欢会上的合唱表演，是大家难得的“轻松时刻”。整个淀粉中心30多名成员一起上台，压轴表演朗诵、合唱。
“踽踽独行三两人，孤注一掷‘变’淀粉……心无旁骛潜攻关，上下求索终所得……勇毅前行三十人，精诚合作攀高峰……”台上，大家穿着绣有自己名字的实验服，拿着内容为10年科研历程的朗诵稿，先诵后唱，把现场的气氛推向高潮。
“能达到这样的效果，非常不容易。”天津工生所副研究员魏欣蕾说，团队的科研任务繁重，但在表演前一个月，大家仍然每天中午抽出半个小时参与排练，哪天脱稿演唱、哪天请声乐老师指导、哪天录音备份等，都有明确的计划。
“大家团结起来一起进行合唱排练，特别能增强团队凝聚力。”魏欣蕾说，“用蔡老师的话说，‘要么我们不做，做了就要做到最好’。”
魏欣蕾2024年加入淀粉中心，刚一到这儿，就被团队成员互相支持、彼此信任的氛围感染了。“当我需要同事的帮助时，只要一句话，他们就会把整理好的方法、流程、材料等直接发给我，毫无保留。中间有什么细节问题，同事们也都会非常热情地帮助解答。”魏欣蕾说。
而当某位成员做出了一些进展，就会兴奋地分享给实验室的所有人，大家也会发自内心地为他高兴。对此，蔡韬表示：“互相支持、互相成就是实验室的文化。”
虽然已经过去一年了，孙红兵还是经常把合唱的视频找出来看，每次都会被改编过的歌词感动，“穿越山海，从不懈怠，永远都心怀期待……携青春向你走来，跨越过星辰大海……”
《中国科学报》 (2026-03-16 第1版 要闻) （原题：十年不改初心梦，技术造物淀粉蓝） 特别声明：本文转载仅仅是出于传播信息的需要，并不意味着代表本网站观点或证实其内容的真实性；如其他媒体、网站或个人从本网站转载使用，须保留本网站注明的“来源”，并自负版权等法律责任；作者如果不希望被转载或者联系转载稿费等事宜，请与我们接洽。" width="175" height="115" alt="这个团队的“签退表”，几乎拼出了“科研十二时辰”—新闻—科学网" />这个团队的“签退表”，几乎拼出了“科研十二时辰”—新闻—科学网
2026-06-04 02:10
宿松县公共文化空间阅读推广活动圆满落幕 宿松新闻网
2026-06-04 01:34
油价周三持稳 美国原油库存大增压制供应担忧
2026-06-04 01:14
作者：倪思洁 韩扬眉 来源：中国科学报 发布时间：2026/3/13 8:35:37 选择字号：小 中 大
最近，央视开年大剧《太平年》热播，“跟着《太平年》去旅行”“跟着《太平年》学历史”活动层出不穷。如今，这股热风吹到了全国两会的会场。
当公众为剧作精致而感叹、浙江为文旅火热而惊喜时，作为数学家的全国政协委员、中国科学院数学与系统科学研究院研究员周向宇院士，注意到了电视剧里的一个细节——主角钱弘俶经常摆弄一种小棍。
这种看起来不起眼的小棍，让周向宇看到了做中国古代数学科普的机会。毕竟除了做数学研究之外，他最看重的事就是数学“考古”并为中国古代数学发声。
数学家爱上“考古”
电视剧《太平年》播出时，每当钱弘俶摆弄小棍的镜头出现，弹幕里就有人留言“这是什么”。
“这种小棍是‘算筹’，他在做的事叫‘筹算’。”周向宇告诉《中国科学报》，“筹算是我国古代数学一个重要组成部分，‘筹’是用竹、木、铁、玉、兽骨、象牙等材质制成的小棍，古人会用算筹袋或算子筒装它们。”
当记者拿着一盒小学生学数学用的小棍走进全国政协委员驻地，并把它塞进周向宇手里时，周向宇接过小棍，立马在简陋的茶几上，认真演示起古代筹算。
“《孙子算经》对算筹计数方式的记载非常明确，‘凡算之法，先识其位，一纵十横，百立千僵，千十相望，万百相当’。也就是说，计数的方法，首先要判断数字的位置，个位用纵式，十位是横式，百位再用纵式，千位又是横式，这样交叉来计数。”周向宇低着头，一边演算一边说，“这里的一个要点是引进数位。”
他介绍，最早古人用结绳或垒石来计数，后来捕获的猎物多了，人口也多了，这种方法已经不适应生产力发展的需求，所以在我国才逐渐发展出了十进制、十进位值制。
聊天时，记者发现，这位数学家的心里藏着很多古籍。“‘筹’和‘算’经常出现在东周时期的文献里，如《仪礼》《老子》《孙子》《荀子》《管子》，而且‘数’是西周六艺‘礼、乐、射、御、书、数’教育的主要内容之一，这在《礼记·内则》有记载。”周向宇说。
他还曾在《数学学报》上发表过一篇论文《中国古代数学的贡献》。这篇论文很有趣，说它是一篇历史类的论文，文章里却有许多公式、图形；说它是一篇数学论文，里面却有很多文言文。论文里，周向宇从筹算讲起，论证了中国古代数学的贡献，还复原了西周初期数学家商高对勾股定理的证明。
纠偏之路任重道远
近年来，周向宇时常出现在数学科普的场合。精通中国古代数学史的他发现，公众和学生对中国古代数学存在不少偏差，比如不知道中国古代数学的贡献，认为古代数学没有理论性或思想性，认为古代数学没有证明过程。
周向宇还受邀担任北京出版社编写出版的小学和初中数学新教材主编。通过调研，他发现教材里关于中国古代数学的表述甚至出现了错误。
例如，勾股定理是八年级数学的核心知识之一，它揭示了直角三角形三边之间的关系，即斜边的平方等于其他两条直角边平方的和。在西方，最早的书面证明记载于古希腊数学家欧几里得的《几何原本》中，也就是著名的“毕达哥拉斯定理”。在教材里，“勾股定理”一章写着，商高知道“勾三股四弦五”这一勾股定理的特例。
“这种认识是错误的。其实，商高证明了一般性的勾股定理，不是只知道特例。”周向宇说。
中国古代数学著作《周髀算经》中记录了公元前11世纪商高与周公对话时，对“勾股定理”的论证：“数之法出于圆方，圆出于方，方出于矩，矩出于九九八十一。故折矩以为勾广三，股修四，径隅五。既方之，外半其一矩，环而共盘，得成三四五。两矩共长二十有五，是谓积矩。”
这让周向宇感慨：“以前人们以为古人只知道‘勾三股四弦五’，其实古人已经完整论证了勾股定理。这里‘折矩’‘既方之’‘半其一矩’‘环而共盘’‘积矩’适用于一般情形，起核心作用；具体数字起辅助作用。证明环环相扣，字字珠玑。”
周向宇向教材编撰专家反馈后，最新版的教材已经改过来了，但周向宇觉得“纠偏纠错之路任重道远”。
将中国古代数学与数学教育紧密结合
对中国古代数学的了解越深入，周向宇越认同数学家华罗庚当年对我国数学的评价——“数学是我国人民所擅长的科学”。“这句话经得起时间和历史的考验。”周向宇感慨。
如今，他在努力扭转中国古人不擅长做数学的认知。“中国古代数学言约旨远。”周向宇说，“这与中华文化的特点一脉相承，即具象与抽象的融合。”
“就拿算筹来说，一个‘筹’字与国学文化密切关联，比如‘运筹帷幄’‘略胜一筹’‘一筹莫展’，还有‘筹办’‘筹备’‘筹措’等。”周向宇说。
今年全国两会上，周向宇呼吁，将中国古代数学与数学教育、数学普及紧密结合起来。
“中国古代数学源远流长、博大精深，不是我们想象得那么简单。这些年，我试着把中国古代数学跟数学教育结合起来，将中国古代数学更准确地传递给公众。”在周向宇看来，这种做法不仅可以让数学教育获得一个完整的讲授框架，也能帮助公众重拾对数学的兴趣。
不仅如此，他还发现，中国古代数学史中蕴含的“科学家精神”，也是珍贵的数学教育素材。
“东吴数学家赵爽曾为《周髀算经》作序和注解。在序里，赵爽说《周髀算经》是从历代传承下来的，内容非常深刻。他担心如果不注释、不解释，以后大家可能就不明白了，甚至可能失传。他这样做，完全不是为了个人名利。赵爽到现在都没啥名气，但他真的是在‘为往圣继绝学’。”周向宇说。
如今，周向宇在全国各地或通过线上平台作科普报告，讲述中国古代数学的解题思路和故事。对于他来说，这是数学家的责任，就如同千年前赵爽注解《周髀算经》一般。
特别声明：本文转载仅仅是出于传播信息的需要，并不意味着代表本网站观点或证实其内容的真实性；如其他媒体、网站或个人从本网站转载使用，须保留本网站注明的“来源”，并自负版权等法律责任；作者如果不希望被转载或者联系转载稿费等事宜，请与我们接洽。" alt="这位院士委员多年不懈，为数学“考古”—新闻—科学网" width="90" height="59"/>这位院士委员多年不懈，为数学“考古”—新闻—科学网
关注微信公众号，了解最新精彩内容
相关文章
精彩导读
周向宇向《中国科学报》记者演示筹算。倪思洁/摄 
热门资讯
关注我们
