院士專家解讀2020中國十大科技進(jìn)展

 

 

 

    嫦娥五號探測器完成月球采樣返回，北斗全球系統(tǒng)完成星座部署，我國率先實(shí)現(xiàn)水平井鉆采深?？扇急?；科學(xué)家找到小麥“癌癥”克星，達(dá)到“量子計(jì)算優(yōu)越性”里程碑，攻克20余年懸而未決的幾何難題……回首剛剛過去的2020年，中國各領(lǐng)域的科學(xué)家勇攀科學(xué)高峰，取得了一系列重大成果。

 

 

    日前，由中國科學(xué)院和中國工程院院士投票評選出的2020年中國十大科技進(jìn)展新鮮出爐，中國科學(xué)院副院長、中國科學(xué)院院士高鴻鈞發(fā)布了這十大進(jìn)展：嫦娥五號探測器完成我國首次地外天體采樣任務(wù)、北斗全球系統(tǒng)星座部署完成、我國無人潛水器和載人潛水器均取得新突破、我國率先實(shí)現(xiàn)水平井鉆采深?？扇急⒖茖W(xué)家找到小麥“癌癥”克星、科學(xué)家達(dá)到“量子計(jì)算優(yōu)越性”里程碑、科學(xué)家重現(xiàn)地球3億多年生物多樣性變化歷史、我國最高參數(shù)“人造太陽”建成、科學(xué)家攻克20余年懸而未決的幾何難題、機(jī)器學(xué)習(xí)模擬上億原子：中美團(tuán)隊(duì)獲2020高性能計(jì)算應(yīng)用領(lǐng)域最高獎項(xiàng)。記者采訪了院士專家，詳細(xì)解讀部分重大科技進(jìn)展。

 

 

    突破種源瓶頸，端牢中國飯碗

 

 

    中國十大科技進(jìn)展之科學(xué)家找到小麥“癌癥”克星：小麥赤霉病，是世界范圍內(nèi)極具毀滅性且防治困難的真菌病害，有小麥“癌癥”之稱。山東農(nóng)業(yè)大學(xué)孔令讓團(tuán)隊(duì)從小麥近緣植物長穗偃麥草中首次克隆出抗赤霉病主效基因Fhb7,且成功將其轉(zhuǎn)移至小麥品種中，首次明確并驗(yàn)證了其在小麥抗病育種中不僅具有穩(wěn)定的赤霉病抗性，而且具有廣譜的解毒功能。目前，已有30多家單位進(jìn)行廣泛試驗(yàn)，結(jié)果表現(xiàn)良好。該成果為解鎖赤霉病這一世界性難題找到了“金鑰匙”.

 

 

    山東農(nóng)業(yè)大學(xué)作物生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任、農(nóng)學(xué)院院長孔令讓說：我們團(tuán)隊(duì)研究的作物是小麥，小麥?zhǔn)鞘澜缰饕Z食作物，也是國家的口糧作物。2020年我們國家小麥產(chǎn)量達(dá)到1.35億噸，在世界上占第一位，小麥一生經(jīng)過秋冬春夏四季，也就是說在田間需要生長230多天，這樣漫長的時間，小麥生產(chǎn)期間受到一些凍害、病害、蟲害、旱災(zāi)等，從而影響小麥產(chǎn)量。

 

 

    小麥赤霉病是小麥最嚴(yán)重的一種病，也是全球流行性病，因此在國際上人們稱它為小麥的癌癥，顧名思義，癌癥就是治不了，并且小麥的赤霉病也很難根治。我國是世界上受害面積最大的國家，每年發(fā)生6000多萬畝，什么概念呢？占咱們國家小麥播種面積六分之一。一般發(fā)生年份可以減少20%到30%,重發(fā)的年份減到50%甚至顆粒無收，因此小麥赤霉病是威脅國家糧食安全“卡脖子”的難題。

 

 

    不但如此，赤霉病侵占小麥之后，它產(chǎn)生100多種霉菌毒素，其中含量高的嘔吐毒素的一種霉菌毒素，嚴(yán)重危害人的健康。它產(chǎn)生一系列霉菌毒素，其中含量比較多就是嘔吐毒素，嘔吐毒素被定義為第三類致癌物質(zhì)，我們國家規(guī)定作物食品當(dāng)中含量一公斤不能超過一毫克，什么概念呢？100個籽粒當(dāng)中不能超過4個籽粒。

 

 

    半個多世紀(jì)以來，人們一直對赤霉病非常頭痛，建立成千上萬小麥近緣植物，但是在小麥近緣植物里抗原極其稀少。我們團(tuán)隊(duì)是2001年開始小麥近緣植物抗赤霉病基因篩選工作的，非常幸運(yùn)我們在2006年找到了這樣一個抗赤霉病基因，隨后我們把這個基因定位在偃麥草抗病的末端，隨后我們在國際上統(tǒng)一命名為7號基因。

 

 

    7號基因?qū)Τ嗝共『颓o基腐病具有廣譜抗病性。對于我國北方赤霉病主要是禾谷鐮孢菌，南方是亞洲鐮孢菌，7號基因可以抗兩種鐮孢菌引起的赤霉病。在小麥生產(chǎn)中也有一種很嚴(yán)重的病，就是小麥莖基腐病，7號基因可以嚴(yán)抗小麥莖基腐病。2020年我們黃淮北片麥區(qū)小麥莖基腐病比較嚴(yán)重，山東省發(fā)病面積超過1200萬畝，攜帶7號基因小麥品種表現(xiàn)得非常好，可以抗莖基腐病。

 

 

    目前，我們通過雜交、回交、分子標(biāo)記輔助選擇以及加代技術(shù)，將長穗偃麥草抗赤霉病基因Fhb7轉(zhuǎn)移到全國主要麥區(qū)的20多個主栽品種中，表現(xiàn)穩(wěn)定的赤霉病抗性，并且，對產(chǎn)量性狀沒有明顯的副作用。目前，抗赤霉病小麥品種已經(jīng)完成了預(yù)備試驗(yàn)，區(qū)域試驗(yàn)，去年進(jìn)去生產(chǎn)試驗(yàn)，可望今年審定并大面積推廣種植?？钩嗝共》N質(zhì)材料已發(fā)放全國70多家單位育種利用，我們相信抗赤霉病小麥品種的大面積推廣種植，將為我國小麥產(chǎn)業(yè)高質(zhì)高效發(fā)展，農(nóng)民富裕富足，保障國家糧食和食品安全提供核心技術(shù)支撐。

 

 

    水平井鉆采深海可燃冰，保障國家資源能源安全

 

 

    中國十大科技進(jìn)展之我國率先實(shí)現(xiàn)水平井鉆采深海可燃冰：2020年3月26日，我國海域天然氣水合物第二輪試采成功，并超額完成目標(biāo)任務(wù)。天然氣水合物通常稱為可燃冰，在水深1225米的南海神狐海域的試采創(chuàng)造了“產(chǎn)氣總量86.14萬立方米、日均產(chǎn)氣量2.87萬立方米”兩項(xiàng)新世界紀(jì)錄。我國也成為全球首個采用水平井鉆采技術(shù)試采海域天然氣水合物的國家。

 

 

    中國地質(zhì)調(diào)查局基礎(chǔ)部主任，天然氣水合物試采指揮部常務(wù)副指揮長秦緒文：可燃冰是天然氣水合物的俗稱，是天然氣與水在高壓低溫條件下形成的類冰狀結(jié)晶物質(zhì)，因其外觀像冰，遇火可燃燒，所以俗稱可燃冰?？扇急羞@么四個特點(diǎn)：能量密度高，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，1立方米天然水合物可以分解成160到180立方米甲烷氣體和0.8立方米的水；它含硫化氫、二氧化硫等雜質(zhì)比較少，所以清潔高效；分布區(qū)域廣泛，大部分分布在海洋中；資源量非常巨大，初步預(yù)測全球天然氣水合物資源量可以高達(dá)20萬億噸油當(dāng)量，各國對天然氣水合物開發(fā)利用均給予高度重視。我國天然氣水合物調(diào)查研究工作起步比較晚，1999年才開始系統(tǒng)性的調(diào)查工作，經(jīng)過20余年勘查工作，基本查明了我國天然氣水合物資源的分布狀況，預(yù)測我國海域天然氣水合物資源量約800億噸油當(dāng)量，這對保障國家資源能源安全具有重要的戰(zhàn)略意義。

 

 

    加拿大、美國、日本等發(fā)達(dá)國家高度重視天然氣水合物勘查和試采工作，采用了多種方法進(jìn)行試開采研究，先后實(shí)施7次試采，但因出砂、產(chǎn)氣效率低等問題未實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)。在這些試采中，真正具有工程化意義的就是日本和我們國家實(shí)施的海域天然氣水合物試采。

 

 

    2017年我國首次海域可燃冰試采成功，搶占了這一領(lǐng)域科技創(chuàng)新制高點(diǎn)。與日本相比，我們南海天然氣水合物儲層為泥質(zhì)粉砂地層，具有水深更深、埋藏更淺、滲透性更差、飽和度更低、顆粒更細(xì)、類型更為復(fù)雜等特點(diǎn)，是世界公認(rèn)最難開采的一種天然氣水合物類型。但是這種水合物類型有一個最大的優(yōu)勢，就是它在整個水合物資源分布中資源量最大，占90%以上，一旦這種水合物類型實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，對于水合物資源開發(fā)利用的前景是非常廣闊的。

 

 

    我國研究提出了“五步走”的發(fā)展路徑，其中2017年試采是探索性試采，重點(diǎn)解決能否安全持續(xù)產(chǎn)氣的問題，2020年的試采，是試驗(yàn)性試采，主要解決如何提高產(chǎn)氣規(guī)模的問題。

 

 

    雖然第二輪試采取得多項(xiàng)重大突破，但在推進(jìn)天然氣水合物開采產(chǎn)業(yè)化過程中依然還面臨著很多的挑戰(zhàn)，后續(xù)的工作任務(wù)依然艱巨繁重。下一步，我們將堅(jiān)持科技創(chuàng)新引領(lǐng)，著力推進(jìn)資源勘查評價，基礎(chǔ)理論研究，試采技術(shù)攻關(guān)，裝備平臺建設(shè)，生態(tài)環(huán)境保護(hù)等工作，加快推進(jìn)我國天然氣水合物勘查開采產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

 

 

    “人造太陽”點(diǎn)亮人類的未來能源夢想

 

 

    中國十大科技進(jìn)展之我國最高參數(shù)“人造太陽”建成：我國新一代可控核聚變研究裝置“中國環(huán)流器二號M”（HL-2M）12月4日在成都正式建成放電，標(biāo)志我國正式跨入全球可控核聚變研究前列，HL-2M將進(jìn)一步加快人類探索未來能源的步伐。該裝置是我國目前規(guī)模最大、參數(shù)最高的先進(jìn)托卡馬克裝置，是我國新一代先進(jìn)磁約束核聚變實(shí)驗(yàn)研究裝置，能實(shí)現(xiàn)高密度、高比壓、高自舉電流運(yùn)行，是實(shí)現(xiàn)我國核聚變能開發(fā)事業(yè)跨越式發(fā)展的重要依托裝置。

 

 

    中核集團(tuán)核工業(yè)西南物理研究院、中國環(huán)流器二號M裝置項(xiàng)目負(fù)責(zé)人劉永：中國承諾2060年實(shí)現(xiàn)碳中和，不向大自然凈排放。我們認(rèn)為核能是比較理想的能源，沒有溫室效能，儲量相對豐富，污染相對可控。

 

 

    為什么叫人造太陽呢？人類享受陽光雨露，陽光來自太陽，太陽50億年來不斷地釋放能量，地球化石能源來自太陽聚變能，地球?qū)崿F(xiàn)聚變反應(yīng)也叫人造太陽?；镜倪^程也比較簡單，兩個氫核在一定條件下聚合形成更大原子核，就釋放大量能量，也就是氫彈爆炸的過程，也是現(xiàn)在追求核電聚變能夠發(fā)電的基本原理。

 

 

    聚變發(fā)生條件非常苛刻，具體來說上億度的溫度，而且比較長時間穩(wěn)定在這個地方，不能像爆炸一樣。這給出基本原理，任何東西上億度早就熔化掉，強(qiáng)磁場是一個無形的東西，給出一個基本原理，像汽車輪胎一樣大的環(huán)，卡了很多線圈，線圈通上電以后產(chǎn)生非常強(qiáng)的磁場，在磁場里面這么高溫的東西全是帶電粒子，這些帶電粒子只能在磁場里跑，就像運(yùn)動員一樣跑得再快還在跑道上跑就不會撞到人這樣一個基本原理，這樣一個基本的東西在這樣的條件下實(shí)現(xiàn)核聚變，基本形狀是環(huán)形容器，中國環(huán)流器二號M裝置環(huán)流器就是這么來的。

 

 

    中國環(huán)流器二號M裝置2020年12月份投入使用，溫度可以根據(jù)設(shè)計(jì)性能到1.5億度，大規(guī)模提高運(yùn)行參數(shù)。這個裝置能夠建成完全歸功于我們國家裝備制造業(yè)的發(fā)展。

 

 

    這個裝置建成標(biāo)志著我們在大型托卡馬克設(shè)計(jì)建造運(yùn)行達(dá)到一個新的水平，為下一步聚變堆建設(shè)打下比較好的基礎(chǔ)。同時通過這樣一個裝置，也培育了聚變的新生力量，某種程度提升了相關(guān)產(chǎn)業(yè)裝備制造水平，也是國際合作很好的平臺。

 

 

    北斗全球系統(tǒng)服務(wù)全球，造福人類

 

 

    中國十大科技進(jìn)展之北斗全球系統(tǒng)星座部署完成：2020年6月23日9時43分，我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用長征三號乙運(yùn)載火箭，成功發(fā)射北斗系統(tǒng)第五十五顆導(dǎo)航衛(wèi)星暨北斗三號最后一顆全球組網(wǎng)衛(wèi)星。這是長征系列運(yùn)載火箭的第336次飛行，在測控、地面運(yùn)控、星間鏈路運(yùn)管、應(yīng)用驗(yàn)證等系統(tǒng)的強(qiáng)有力支撐下，此前發(fā)射的所有在軌衛(wèi)星都已入網(wǎng)。北斗三號全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)星座部署全面完成。

 

 

    北斗三號衛(wèi)星總設(shè)計(jì)師謝軍表示，北斗三號系統(tǒng)的建成是我國航天人自主創(chuàng)新，萬眾一心，接續(xù)奮斗的成果。同時使我國航天基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)全球，造福人類。

 

 

    “產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面北斗系統(tǒng)提供的高精度時間、位置這些基本信息可以大大提高我們所知道產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面非常重要工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備、基礎(chǔ)建設(shè)設(shè)施這些硬件和軟件方面生產(chǎn)效率，同時對設(shè)施質(zhì)量水平也能大大的提升，提高我們勞動生產(chǎn)率。”謝軍說。

 

 

    在精準(zhǔn)農(nóng)機(jī)設(shè)備播種施肥，建筑橋梁和大型建筑監(jiān)測測量上北斗系統(tǒng)都發(fā)揮重要的作用，整個系統(tǒng)的建成將使整個產(chǎn)業(yè)發(fā)展利用北斗系統(tǒng)這些提供的服務(wù)，使產(chǎn)業(yè)發(fā)展更加的智能，更加的高效，更加環(huán)保節(jié)能。“對于老百姓和人民生活方式帶來的便利與好處就更多了，目前應(yīng)該說我們市場上非常多的一些穿戴設(shè)備都具有了時間、位置的信息，這些信息都得益于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)和應(yīng)用，當(dāng)然跟地面移動網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)也是緊密融合的。”謝軍說。

 

 

    這些設(shè)備對老百姓的出行以及像今年疫情情況下無人設(shè)備應(yīng)用發(fā)揮了重要的作用。“下一步北斗系統(tǒng)設(shè)計(jì)和建設(shè)者們將確保整個系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全運(yùn)行，每個月進(jìn)行評估整個系統(tǒng)，同時要加強(qiáng)這個系統(tǒng)的市場應(yīng)用推廣，我們在國內(nèi)已有廣泛應(yīng)用GPS系統(tǒng)的成果基礎(chǔ)上，把北斗系統(tǒng)的應(yīng)用推廣。此外現(xiàn)在已經(jīng)啟動研究設(shè)計(jì)服務(wù)精度更高，環(huán)境適用性更強(qiáng)，用戶使用更便捷更安全的下一代北斗系統(tǒng)，加強(qiáng)與人工智能、大數(shù)據(jù)、移動通信、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的融合，在瞄準(zhǔn)2035年前建成更加泛在、更加融合、更加智能的國家PNT體系。”謝軍說。（記者 袁于飛）