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2017年国家科技奖获奖项目巡礼:解密创新之路

您当前的位置 : 注册开户送白菜中心    2018-01-12 09:59  来源:人民日报海外版  编辑:王琳雅 罗蓉芳   
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  听!创新英雄们这么说

  ——2017年度国家科技奖获奖项目巡礼(上)

  1月8日,2017年度国家科学技术奖励大会在北京隆重举行,两位科学家获得国家最高科学技术奖,共评选出35项国家自然科学奖、66项国家技术发明奖、170项国家科学技术进步奖。获奖的一系列重大科学成果不断刷新中国创造的高度,彰显我国的创新自信。而这些成果的缔造者们,大多几十年如一日坚守科研初心,为创新型国家和世界科技强国建设倾尽心血。科技视野版将聚焦他们,解密他们的创新之路,敬请关注。

  ——编者

  国家自然科学奖一等奖获得者唐本忠

  热爱工作就成功了一半

  创新感言:新的概念可以引领新的发展潮流、开辟新的研究领域。革命性的观念可以改变我们的思维模式,甚至改变我们的生活方式。为鼓励原创发现,必须鼓励挑战精神和培育创新文化。因为科学追求的最高境界是颠覆“常识”,通过概念突破而开辟新领域、创造新知识。

  获奖项目:聚集诱导发光

  “做科研,既要努力‘站’上巨人的肩膀,也要勇于挑战权威、把巨人‘踩’在脚下。”这是中科院院士、香港科技大学讲座教授唐本忠经常对学生说的一句话。17年前,他和团队挑战传统理论,在国际上首次提出了“聚集诱导发光”概念,并通过辛勤耕耘开辟了有机发光材料研究的新方向。2018年,凭借在“聚集诱导发光”领域的开创性贡献,唐本忠团队获得国家自然科学奖一等奖。

  “上帝不会随便打电话”。“聚集诱导发光”现象的发现离不开团队长期的研究积累

  简要地说,“聚集诱导发光”是指分子在聚集状态下发光反而比单分子状态更强的现象。在唐本忠团队发现该现象之前,科学家一直相信“聚集猝灭发光”理论,即发光分子在聚集状态下发光强度减弱甚至完全消失。

  通常,有机发光材料在聚集态或固态下使用,因此“聚集猝灭发光”现象很大程度上限制了发光材料的应用范围。“聚集猝灭发光”理论像一个魔咒,框住了人们的思想,很多科学家尝试寻找隔离分子使发光不被猝灭的方法,但都收效有限。

  2001年,唐本忠和他的学生在实验中,意外发现了一种与“聚集猝灭发光”截然相反的现象,即一类有机分子在溶液中不发光,而聚集后发光显著增强。唐本忠敏锐地意识到其中可能包含着独特的意义,经过仔细研究和多次实验,他创造性地提出了“聚集诱导发光”概念。

  “有时候,做研究需要跳出现有的思维框框,如果你观察到与既有经验不一样的现象,第一反应不应该是回避,而应该非常兴奋地去追根溯源。”唐本忠说。

  “上帝不会随便打电话。”唐本忠说,“聚集诱导发光”现象发现看似偶然,实际上离不开团队长期的研究积累。

  为解开某些有机分子在聚集态下发光的谜团,那段时间,唐本忠废寝忘食地思考这个问题。最终,经过大量实验和卓有成效的讨论,他带领的团队提出了解释模型,即“聚集诱导发光”现象的产生是由于分子内运动的受限所造成的,这一解释得到了科学界的普遍认可。

  “聚集诱导发光”是我国科学家率先提出的原创性概念,开辟了发光材料的新领域。目前,全世界已经有80多个国家和地区超过1500个研究单位的科学家进入该领域。

  热爱你的工作!做到这点,你就成功了一半

  “原创的科研就像刨一口井,越往下发现的泉眼越多。如果只是跟踪而无超越,思路早晚会枯竭”,唐本忠说。目前,唐本忠团队制备了一系列高性能的“聚集诱导发光”材料,并与不同领域科研人员合作,推进这类材料在光电、传感、生物、医疗等诸多领域的应用。

  唐本忠最初的梦想并不是做化学家。中学时代,他热爱文学,还为学校文工团写过剧本。1977年,在哥哥的建议下,他报考了理工专业。与高分子科学结缘,还缘于他有机化学考得不错,被华南工学院(现华南理工大学)招生的老师看中,从而被招入该校。

  “毕业后,我又被国家公派到日本而不是我想去的美国留学,我的人生好像很多时候都是‘被选择’的。”唐本忠说。面对“被选择”的人生,唐本忠有自己的心得和理念——“爱上所做的工作”。

  在华南工学院的4年,为挤出更多的时间学习,唐本忠暑假没有回过一次家,基本在图书馆里度过。在香港科技大学做研究,他的实验室经常深更半夜都灯火通明。

  曾有人问唐本忠做出好研究的秘诀,他的回答是:“热爱你的工作!做到这点,你就成功了一半。”

  在唐本忠看来,现在青年人学习环境和条件比以前好多了,应该集中精力打牢基础。“一些科研人员追求‘短、平、快’的热门研究,难以有时间静下心来思考重大的科学问题,从而难以真正做出具有重大意义的科研成果。青年人要有做原创研究的自觉和胆识,全社会也要营造良好的创新文化。”唐本忠说。本报记者喻思南

  国家自然科学奖一等奖获得者李家洋

  要有挑战难题的勇气

  创新感言:搞科研,一是要有挑战科学难题的勇气和精神,不要因为别人解决不了,就觉得自己肯定也解决不了,要敢于挑战,要有信心。二是要有一个非常好的团队,这非常关键。三是要有锲而不舍的精神,在困难的时刻不动摇,能够一直坚持下去。四是要具备敏锐性,如果没有敏锐性,你根本不知道一项科学研究最重要的关键点在哪里。

  获奖项目:水稻高产优质性状形成的分子机理及品种设计

  长江中下游稻区是我国水稻主产区之一,历史上一直是水稻育种水平和生产水平非常高的地区。但近20年以来,该地区水稻产量进入一个缓慢增长期,存在着品质较差、抗病性弱、主栽种品种退化严重等问题,由此也带来了抗生素和农药滥用等一系列问题。在这种情况下,科学家们一直在思索:能否找到水稻质与量的“完美协调”,让其综合能力达到最佳?

  经过多年的努力,以中国科学院院士李家洋领衔的研究团队终于找到了这个“完美协调点”。他们运用分子设计育种的理念和技术,经过精心的杂交“设计”,育成了具有理想株型及超高产、早熟和抗稻瘟病等优秀基因的水稻新品种。

  日前,这一突破性成果也因具有引领作用,对指导未来作物遗传改良、保障国家粮食安全具有重大战略意义,摘得2017年度国家自然科学奖一等奖桂冠。

  “分子设计”育种技术可以精确改良水稻缺点

  在过去半个世纪里,中国的水稻育种实现了两次重要突破,成为世界范围内第一次“绿色革命”的重要组成部分。

  第一次是上世纪60年代矮化育种的成功,把水稻产量提高了20%—30%;第二次是上世纪70年代中期杂交水稻的研究成功,水稻产量在矮秆良种的基础上又增长20%左右。

  两次突破很好解决了中国等发展中国家的温饱问题。如何在吃饱的同时又能吃好,让水稻既高产又优质?

  1994年,在美国完成博士后学业之后,李家洋立刻回到国内,为实现这一目标开始努力。李家洋选择了“分子设计”育种技术为研究方向。“‘分子设计’育种技术是世界作物遗传改良领域最先进的技术。它可以实现基因的直接选择和有效聚合,也就是说可以精确改良缺点,聚合多个优点,不但有望实现水稻既高产又优质,同时还能大幅度提高育种效率,缩短育种年限,并且实现‘精确育种’。”

  研究过程异常艰难,没有先例可循

  多数农作物的经济性状,比如高产、稳产、优质、高效等,都受到多个基因的调控,并具有“模块化”特性。

  “水稻也一样。所以,在这个过程中我们需要首先了解清楚水稻不同基因对应的不同性状,以及不同基因耦合可能产生的性状,解析它们表达调控机制、彼此作用的模式。然后将这些基因根据需要进行相对精确的重新组合,得到我们需要的品种,让杂交、选种过程变得有目标、可预见。”李家洋说,“这就像搭积木,我们有针对性地选择需要的积木,更快更好地搭建出需要的建筑。”

  然而,“搭积木”的过程并不容易。

  李家洋坦陈,最艰难的时期就是研究的起步阶段。“在世界上这也是个巨大挑战,没有先例可循。我们只能自己摸索研究,建立一套图位克隆水稻基因的体系。”李家洋说。

  最终,经过8年的努力攻关,李家洋团队成功建立了一套图位克隆水稻基因体系。“有了这个体系,我们就可以克隆水稻的所有基因。”

  “最让我高兴的是,之后的研究中我们成功找到了最关键基因。”李家洋说,这种名为理想株型的基因可以让株型更优。“茎秆更粗壮,穗子大、谷粒大,这是高产最重要的性状。”

  除了让水稻能既高产又优质外,“分子设计”育种技术还能让育种时间大大缩短。常规育种需要7—8年才能选出育种材料,“分子设计”育种技术能将其缩短到4—6年甚至更短,育种周期缩短为原来的1/2至1/3。

  李家洋说:“在常规育种中,杂交后的新稻株要等到在田里生长后,科学家才能用肉眼‘海选’出想要的性状植株。但在分子模块设计育种中,哪怕还是小苗,只要做一次基因检测,就能‘锁定’想要的那一棵。”本报记者吴月辉

  国家技术发明奖一等奖获得者贾振元

  我就是个干活的

  创新感言:做科研要找对路子。刻苦的人很多,关键在于找准方向。道走对了可能事半功倍;道走错了,你费大力气、绕大圈子也不一定能成功。

  获奖项目:高性能碳纤维复合材料构件高质高效加工技术与装备

  “我就是个干活的”——见面握手时,贾振元这样“自报家门”。

  今年54岁的贾振元是大连理工大学长江学者特聘教授,国家973计划项目首席科学家,国家万人计划入选者,2017年度国家技术发明奖一等奖项目第一完成人。

  个头不高、头发灰白的他对记者说:“农民要种好地、多打粮食,工人要把工做好、拿出好产品,我们搞工程科学的就要把问题弄懂、把技术弄通,争取解决实际问题、满足国家重大需求。”

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