院士專(zhuān)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，北斗全球系統完成星座部署，我國率先實(shí)現水平井鉆采深?？扇急?；科學(xué)家找到小麥“癌癥”克星，達到“量子計算優(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(guò)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(cháng)、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)、北斗全球系統星座部署完成、我國無(wú)人潛水器和載人潛水器均取得新突破、我國率先實(shí)現水平井鉆采深?？扇急?、科學(xué)家找到小麥“癌癥”克星、科學(xué)家達到“量子計算優(yōu)越性”里程碑、科學(xué)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(yáng)”建成、科學(xué)家攻克20余年懸而未決的幾何難題、機器學(xué)習模擬上億原子：中美團隊獲2020高性能計算應用領(lǐng)域最高獎項。記者采訪(fǎng)了院士專(zhuān)家，詳細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，是世界范圍內極具毀滅性且防治困難的真菌病害，有小麥“癌癥”之稱(chēng)。山東農業(yè)大學(xué)孔令讓團隊從小麥近緣植物長(cháng)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(jìn)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(yè)大學(xué)作物生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗室副主任、農學(xué)院院長(cháng)孔令讓說(shuō)：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(chǎn)量達到1.35億噸，在世界上占第一位，小麥一生經(jīng)過(guò)秋冬春夏四季，也就是說(shuō)在田間需要生長(cháng)230多天，這樣漫長(cháng)的時(shí)間，小麥生產(chǎn)期間受到一些凍害、病害、蟲(chóng)害、旱災等，從而影響小麥產(chǎn)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(chēng)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(wàn)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(wú)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(lèi)致癌物質(zhì)，我們國家規定作物食品當中含量一公斤不能超過(guò)一毫克，什么概念呢？100個(gè)籽粒當中不能超過(guò)4個(gè)籽粒。
半個(gè)多世紀以來(lái)，人們一直對赤霉病非常頭痛，建立成千上萬(wàn)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(kāi)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(gè)抗赤霉病基因，隨后我們把這個(gè)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(chǎn)中也有一種很?chē)乐氐牟?，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(fā)病面積超過(guò)1200萬(wàn)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(guò)雜交、回交、分子標記輔助選擇以及加代技術(shù)，將長(cháng)穗偃麥草抗赤霉病基因Fhb7轉移到全國主要麥區的20多個(gè)主栽品種中，表現穩定的赤霉病抗性，并且，對產(chǎn)量性狀沒(méi)有明顯的副作用。目前，抗赤霉病小麥品種已經(jīng)完成了預備試驗，區域試驗，去年進(jìn)去生產(chǎn)試驗，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?？扇急?，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)現水平井鉆采深?？扇急?020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(wù)。天然氣水合物通常稱(chēng)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(wàn)立方米、日均產(chǎn)氣量2.87萬(wàn)立方米”兩項新世界紀錄。我國也成為全球首個(gè)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)調查局基礎部主任，天然氣水合物試采指揮部常務(wù)副指揮長(cháng)秦緒文：可燃冰是天然氣水合物的俗稱(chēng)，是天然氣與水在高壓低溫條件下形成的類(lèi)冰狀結晶物質(zhì)，因其外觀(guān)像冰，遇火可燃燒，所以俗稱(chēng)可燃冰?？扇急羞@么四個(gè)特點(diǎn)：能量密度高，在標準狀態(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(wàn)億噸油當量，各國對天然氣水合物開(kāi)發(fā)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(kāi)始系統性的調查工作，經(jīng)過(guò)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(fā)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(jìn)行試開(kāi)采研究，先后實(shí)施7次試采，但因出砂、產(chǎn)氣效率低等問(wèn)題未實(shí)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(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、類(lèi)型更為復雜等特點(diǎn)，是世界公認最難開(kāi)采的一種天然氣水合物類(lèi)型。但是這種水合物類(lèi)型有一個(gè)最大的優(yōu)勢，就是它在整個(gè)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(lèi)型實(shí)現產(chǎn)業(yè)化，對于水合物資源開(kāi)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)解決能否安全持續產(chǎn)氣的問(wèn)題，2020年的試采，是試驗性試采，主要解決如何提高產(chǎn)氣規模的問(wèn)題。
雖然第二輪試采取得多項重大突破，但在推進(jìn)天然氣水合物開(kāi)采產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中依然還面臨著(zhù)很多的挑戰，后續的工作任務(wù)依然艱巨繁重。下一步，我們將堅持科技創(chuàng )新引領(lǐng)，著(zhù)力推進(jìn)資源勘查評價(jià)，基礎理論研究，試采技術(shù)攻關(guān)，裝備平臺建設，生態(tài)環(huán)境保護等工作，加快推進(jìn)我國天然氣水合物勘查開(kāi)采產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
“人造太陽(yáng)”點(diǎn)亮人類(lèi)的未來(lái)能源夢(mèng)想
中國十大科技進(jìn)展之我國最高參數“人造太陽(yáng)”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(lèi)探索未來(lái)能源的步伐。該裝置是我國目前規模最大、參數最高的先進(jìn)托卡馬克裝置，是我國新一代先進(jìn)磁約束核聚變實(shí)驗研究裝置，能實(shí)現高密度、高比壓、高自舉電流運行，是實(shí)現我國核聚變能開(kāi)發(fā)事業(yè)跨越式發(fā)展的重要依托裝置。
中核集團核工業(yè)西南物理研究院、中國環(huán)流器二號M裝置項目負責人劉永：中國承諾2060年實(shí)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(méi)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(yáng)呢？人類(lèi)享受陽(yáng)光雨露，陽(yáng)光來(lái)自太陽(yáng)，太陽(yáng)50億年來(lái)不斷地釋放能量，地球化石能源來(lái)自太陽(yáng)聚變能，地球實(shí)現聚變反應也叫人造太陽(yáng)?；镜倪^(guò)程也比較簡(jiǎn)單，兩個(gè)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(guò)程，也是現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?？量?，具體來(lái)說(shuō)上億度的溫度，而且比較長(cháng)時(shí)間穩定在這個(gè)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(chǎng)是一個(gè)無(wú)形的東西，給出一個(gè)基本原理，像汽車(chē)輪胎一樣大的環(huán)，卡了很多線(xiàn)圈，線(xiàn)圈通上電以后產(chǎn)生非常強的磁場(chǎng)，在磁場(chǎng)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(chǎng)里跑，就像運動(dòng)員一樣跑得再快還在跑道上跑就不會(huì )撞到人這樣一個(gè)基本原理，這樣一個(gè)基本的東西在這樣的條件下實(shí)現核聚變，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(lái)的。
中國環(huán)流器二號M裝置2020年12月份投入使用，溫度可以根據設計性能到1.5億度，大規模提高運行參數。這個(gè)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(gè)裝置建成標志著(zhù)我們在大型托卡馬克設計建造運行達到一個(gè)新的水平，為下一步聚變堆建設打下比較好的基礎。同時(shí)通過(guò)這樣一個(gè)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。
北斗全球系統服務(wù)全球，造福人類(lèi)
中國十大科技進(jìn)展之北斗全球系統星座部署完成：2020年6月23日9時(shí)43分，我國在西昌衛星發(fā)射中心用長(cháng)征三號乙運載火箭，成功發(fā)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(wǎng)衛星。這是長(cháng)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(fā)射的所有在軌衛星都已入網(wǎng)。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(chuàng )新，萬(wàn)眾一心，接續奮斗的成果。同時(shí)使我國航天基礎設施服務(wù)全球，造福人類(lèi)。
“產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面北斗系統提供的高精度時(shí)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)設備、基礎建設設施這些硬件和軟件方面生產(chǎn)效率，同時(shí)對設施質(zhì)量水平也能大大的提升，提高我們勞動(dòng)生產(chǎn)率。”謝軍說(shuō)。
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(fā)揮重要的作用，整個(gè)系統的建成將使整個(gè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展利用北斗系統這些提供的服務(wù)，使產(chǎn)業(yè)發(fā)展更加的智能，更加的高效，更加環(huán)保節能。“對于老百姓和人民生活方式帶來(lái)的便利與好處就更多了，目前應該說(shuō)我們市場(chǎng)上非常多的一些穿戴設備都具有了時(shí)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(dòng)網(wǎng)絡(luò )的服務(wù)也是緊密融合的。”謝軍說(shuō)。
這些設備對老百姓的出行以及像今年疫情情況下無(wú)人設備應用發(fā)揮了重要的作用。“下一步北斗系統設計和建設者們將確保整個(gè)系統的穩定和安全運行，每個(gè)月進(jìn)行評估整個(gè)系統，同時(shí)要加強這個(gè)系統的市場(chǎng)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(jīng)啟動(dòng)研究設計服務(wù)精度更高，環(huán)境適用性更強，用戶(hù)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(dòng)通信、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)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。”謝軍說(shuō)。（記者 袁于飛）
