院士專家解讀2020中國十大科技進展

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  院士專家解讀2020中國十大科技進展

  光明日報記者 袁于飛

  嫦娥五號探測器完成月球采樣返回,北斗全球系統完成星座部署,我國率先實現水平井鉆采深?扇急;科學家找到小麥“癌癥”克星,達到“量子計算優越性”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,中國各領域的科學家勇攀科學高峰,取得了一系列重大成果。

  日前,由中國科學院和中國工程院院士投票評選出的2020年中國十大科技進展新鮮出爐,中國科學院副院長、中國科學院院士高鴻鈞發布了這十大進展:嫦娥五號探測器完成我國首次地外天體采樣任務、北斗全球系統星座部署完成、我國無人潛水器和載人潛水器均取得新突破、我國率先實現水平井鉆采深?扇急、科學家找到小麥“癌癥”克星、科學家達到“量子計算優越性”里程碑、科學家重現地球3億多年生物多樣性變化歷史、我國最高參數“人造太陽”建成、科學家攻克20余年懸而未決的幾何難題、機器學習模擬上億原子:中美團隊獲2020高性能計算應用領域最高獎項。記者采訪了院士專家,詳細解讀部分重大科技進展。

  突破種源瓶頸,端牢中國飯碗

  中國十大科技進展之科學家找到小麥“癌癥”克星:小麥赤霉病,是世界范圍內極具毀滅性且防治困難的真菌病害,有小麥“癌癥”之稱。山東農業大學孔令讓團隊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,且成功將其轉移至小麥品種中,首次明確并驗證了其在小麥抗病育種中不僅具有穩定的赤霉病抗性,而且具有廣譜的解毒功能。目前,已有30多家單位進行廣泛試驗,結果表現良好。該成果為解鎖赤霉病這一世界性難題找到了“金鑰匙”。

  山東農業大學作物生物學國家重點實驗室副主任、農學院院長孔令讓說:我們團隊研究的作物是小麥,小麥是世界主要糧食作物,也是國家的口糧作物。2020年我們國家小麥產量達到1.35億噸,在世界上占第一位,小麥一生經過秋冬春夏四季,也就是說在田間需要生長230多天,這樣漫長的時間,小麥生產期間受到一些凍害、病害、蟲害、旱災等,從而影響小麥產量。

  小麥赤霉病是小麥最嚴重的一種病,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。一般發生年份可以減少20%到30%,重發的年份減到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,嚴重危害人的健康。它產生一系列霉菌毒素,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,我們國家規定作物食品當中含量一公斤不能超過一毫克,什么概念呢?100個籽粒當中不能超過4個籽粒。

  半個多世紀以來,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。我們團隊是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一命名為7號基因。

  7號基因對赤霉病和莖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。在小麥生產中也有一種很嚴重的病,就是小麥莖基腐病,7號基因可以嚴抗小麥莖基腐病。2020年我們黃淮北片麥區小麥莖基腐病比較嚴重,山東省發病面積超過1200萬畝,攜帶7號基因小麥品種表現得非常好,可以抗莖基腐病。

  目前,我們通過雜交、回交、分子標記輔助選擇以及加代技術,將長穗偃麥草抗赤霉病基因Fhb7轉移到全國主要麥區的20多個主栽品種中,表現穩定的赤霉病抗性,并且,對產量性狀沒有明顯的副作用。目前,抗赤霉病小麥品種已經完成了預備試驗,區域試驗,去年進去生產試驗,可望今年審定并大面積推廣種植?钩嗝共》N質材料已發放全國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,將為我國小麥產業高質高效發展,農民富裕富足,保障國家糧食和食品安全提供核心技術支撐。

  水平井鉆采深?扇急,保障國家資源能源安全

  中國十大科技進展之我國率先實現水平井鉆采深?扇急2020年3月26日,我國海域天然氣水合物第二輪試采成功,并超額完成目標任務。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造了“產氣總量86.14萬立方米、日均產氣量2.87萬立方米”兩項新世界紀錄。我國也成為全球首個采用水平井鉆采技術試采海域天然氣水合物的國家。

  中國地質調查局基礎部主任,天然氣水合物試采指揮部常務副指揮長秦緒文: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晶物質,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:能量密度高,在標準狀態下,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、二氧化硫等雜質比較少,所以清潔高效;分布區域廣泛,大部分分布在海洋中;資源量非常巨大,初步預測全球天然氣水合物資源量可以高達20萬億噸油當量,各國對天然氣水合物開發利用均給予高度重視。我國天然氣水合物調查研究工作起步比較晚,1999年才開始系統性的調查工作,經過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,預測我國海域天然氣水合物資源量約800億噸油當量,這對保障國家資源能源安全具有重要的戰略意義。

  加拿大、美國、日本等發達國家高度重視天然氣水合物勘查和試采工作,采用了多種方法進行試開采研究,先后實施7次試采,但因出砂、產氣效率低等問題未實現預期目標。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,搶占了這一領域科技創新制高點。與日本相比,我們南海天然氣水合物儲層為泥質粉砂地層,具有水深更深、埋藏更淺、滲透性更差、飽和度更低、顆粒更細、類型更為復雜等特點,是世界公認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現產業化,對于水合物資源開發利用的前景是非常廣闊的。

  我國研究提出了“五步走”的發展路徑,其中2017年試采是探索性試采,重點解決能否安全持續產氣的問題,2020年的試采,是試驗性試采,主要解決如何提高產氣規模的問題。

  雖然第二輪試采取得多項重大突破,但在推進天然氣水合物開采產業化過程中依然還面臨著很多的挑戰,后續的工作任務依然艱巨繁重。下一步,我們將堅持科技創新引領,著力推進資源勘查評價,基礎理論研究,試采技術攻關,裝備平臺建設,生態環境保護等工作,加快推進我國天然氣水合物勘查開采產業化進程。

  “人造太陽”點亮人類的未來能源夢想

  中國十大科技進展之我國最高參數“人造太陽”建成:我國新一代可控核聚變研究裝置“中國環流器二號M”(HL-2M)12月4日在成都正式建成放電,標志我國正式跨入全球可控核聚變研究前列,HL-2M將進一步加快人類探索未來能源的步伐。該裝置是我國目前規模最大、參數最高的先進托卡馬克裝置,是我國新一代先進磁約束核聚變實驗研究裝置,能實現高密度、高比壓、高自舉電流運行,是實現我國核聚變能開發事業跨越式發展的重要依托裝置。

  中核集團核工業西南物理研究院、中國環流器二號M裝置項目負責人劉永:中國承諾2060年實現碳中和,不向大自然凈排放。我們認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,地球實現聚變反應也叫人造太陽;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,也是現在追求核電聚變能夠發電的基本原理。

  聚變發生條件非?量,具體來說上億度的溫度,而且比較長時間穩定在這個地方,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,卡了很多線圈,線圈通上電以后產生非常強的磁場,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現核聚變,基本形狀是環形容器,中國環流器二號M裝置環流器就是這么來的。

  中國環流器二號M裝置2020年12月份投入使用,溫度可以根據設計性能到1.5億度,大規模提高運行參數。這個裝置能夠建成完全歸功于我們國家裝備制造業的發展。

  這個裝置建成標志著我們在大型托卡馬克設計建造運行達到一個新的水平,為下一步聚變堆建設打下比較好的基礎。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產業裝備制造水平,也是國際合作很好的平臺。

  北斗全球系統服務全球,造福人類

  中國十大科技進展之北斗全球系統星座部署完成:2020年6月23日9時43分,我國在西昌衛星發射中心用長征三號乙運載火箭,成功發射北斗系統第五十五顆導航衛星暨北斗三號最后一顆全球組網衛星。這是長征系列運載火箭的第336次飛行,在測控、地面運控、星間鏈路運管、應用驗證等系統的強有力支撐下,此前發射的所有在軌衛星都已入網。北斗三號全球衛星導航系統星座部署全面完成。

  北斗三號衛星總設計師謝軍表示,北斗三號系統的建成是我國航天人自主創新,萬眾一心,接續奮斗的成果。同時使我國航天基礎設施服務全球,造福人類。

  “產業發展方面北斗系統提供的高精度時間、位置這些基本信息可以大大提高我們所知道產業發展方面非常重要工業生產設備、基礎建設設施這些硬件和軟件方面生產效率,同時對設施質量水平也能大大的提升,提高我們勞動生產率!敝x軍說。

  在精準農機設備播種施肥,建筑橋梁和大型建筑監測測量上北斗系統都發揮重要的作用,整個系統的建成將使整個產業發展利用北斗系統這些提供的服務,使產業發展更加的智能,更加的高效,更加環保節能!皩τ诶习傩蘸腿嗣裆罘绞綆淼谋憷c好處就更多了,目前應該說我們市場上非常多的一些穿戴設備都具有了時間、位置的信息,這些信息都得益于衛星導航系統的建設和應用,當然跟地面移動網絡的服務也是緊密融合的!敝x軍說。

  這些設備對老百姓的出行以及像今年疫情情況下無人設備應用發揮了重要的作用!跋乱徊奖倍废到y設計和建設者們將確保整個系統的穩定和安全運行,每個月進行評估整個系統,同時要加強這個系統的市場應用推廣,我們在國內已有廣泛應用GPS系統的成果基礎上,把北斗系統的應用推廣。此外現在已經啟動研究設計服務精度更高,環境適用性更強,用戶使用更便捷更安全的下一代北斗系統,加強與人工智能、大數據、移動通信、物聯網等技術的融合,在瞄準2035年前建成更加泛在、更加融合、更加智能的國家PNT體系!敝x軍說。

  《光明日報》( 2021年01月22日 01版)

【編輯:田博群】
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