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國家科技獎獲獎項目巡禮:解密創新之路

http://www.workercn.cn 2018-01-12 10:24:19   來源:人民日報   查看評論

聽!創新英雄們這麼說

——2017年度國家科技獎獲獎項目巡禮(上)

  1月8日,2017年度國家科學技術獎勵大會在北京隆重舉行,兩位科學家獲得國家最高科學技術獎,共評選出35項國家自然科學獎、66項國家技術發明獎、170項國家科學技術進步獎。獲獎的一系列重大科學成果不斷刷新中國創造的高度,彰顯我國的創新自信。而這些成果的締造者們,大多幾十年如一日堅守科研初心,為創新型國家和世界科技強國建設傾盡心血。科技視野版將聚焦他們,解密他們的創新之路,敬請關注。

  ——編 者

  國家自然科學獎一等獎獲得者唐本忠

  熱愛工作就成功了一半

  創新感言:新的概念可以引領新的發展潮流、開闢新的研究領域。革命性的觀念可以改變我們的思維模式,甚至改變我們的生活方式。為鼓勵原創發現,必須鼓勵挑戰精神和培育創新文化。因為科學追求的最高境界是顛覆“常識”,通過概念突破而開闢新領域、創造新知識。

  獲獎項目:聚集誘導發光

  “做科研,既要努力‘站’上巨人的肩膀,也要勇於挑戰權威、把巨人‘踩’在腳下。”這是中科院院士、香港科技大學講座教授唐本忠經常對學生說的一句話。17年前,他和團隊挑戰傳統理論,在國際上首次提出了“聚集誘導發光”概念,並通過辛勤耕耘開闢了有機發光材料研究的新方向。2018年,憑藉在“聚集誘導發光”領域的開創性貢獻,唐本忠團隊獲得國家自然科學獎一等獎。

  “上帝不會隨便打電話”。“聚集誘導發光”現象的發現離不開團隊長期的研究積累

  簡要地說,“聚集誘導發光”是指分子在聚集狀態下發光反而比單分子狀態更強的現象。在唐本忠團隊發現該現象之前,科學家一直相信“聚集猝滅發光”理論,即發光分子在聚集狀態下發光強度減弱甚至完全消失。

  通常,有機發光材料在聚集態或固態下使用,因此“聚集猝滅發光”現象很大程度上限制了發光材料的應用範圍。“聚集猝滅發光”理論像一個魔咒,框住了人們的思想,很多科學家嘗試尋找隔離分子使發光不被猝滅的方法,但都收效有限。

  2001年,唐本忠和他的學生在實驗中,意外發現了一種與“聚集猝滅發光”截然相反的現象,即一類有機分子在溶液中不發光,而聚集後發光顯著增強。唐本忠敏銳地意識到其中可能包含著獨特的意義,經過仔細研究和多次實驗,他創造性地提出了“聚集誘導發光”概念。

  “有時候,做研究需要跳出現有的思維框框,如果你觀察到與既有經驗不一樣的現象,第一反應不應該是迴避,而應該非常興奮地去追根溯源。”唐本忠說。

  “上帝不會隨便打電話。”唐本忠說,“聚集誘導發光”現象發現看似偶然,實際上離不開團隊長期的研究積累。

  為解開某些有機分子在聚集態下發光的謎團,那段時間,唐本忠廢寢忘食地思考這個問題。最終,經過大量實驗和卓有成效的討論,他帶領的團隊提出了解釋模型,即“聚集誘導發光”現象的產生是由於分子內運動的受限所造成的,這一解釋得到了科學界的普遍認可。

  “聚集誘導發光”是我國科學家率先提出的原創性概念,開闢了發光材料的新領域。目前,全世界已經有80多個國家和地區超過1500個研究單位的科學家進入該領域。

  熱愛你的工作!做到這點,你就成功了一半

  “原創的科研就像刨一口井,越往下發現的泉眼越多。如果只是跟蹤而無超越,思路早晚會枯竭”,唐本忠說。目前,唐本忠團隊製備了一系列高性能的“聚集誘導發光”材料,並與不同領域科研人員合作,推進這類材料在光電、感測、生物、醫療等諸多領域的應用。

  唐本忠最初的夢想並不是做化學家。中學時代,他熱愛文學,還為學校文工團寫過劇本。1977年,在哥哥的建議下,他報考了理工專業。與高分子科學結緣,還緣於他有機化學考得不錯,被華南工學院(現華南理工大學)招生的老師看中,從而被招入該校。

  “畢業後,我又被國家公派到日本而不是我想去的美國留學,我的人生好像很多時候都是‘被選擇’的。”唐本忠說。面對“被選擇”的人生,唐本忠有自己的心得和理念——“愛上所做的工作”。

  在華南工學院的4年,為擠出更多的時間學習,唐本忠暑假沒有回過一次家,基本在圖書館裡度過。在香港科技大學做研究,他的實驗室經常深更半夜都燈火通明。

  曾有人問唐本忠做出好研究的秘訣,他的回答是:“熱愛你的工作!做到這點,你就成功了一半。”

  在唐本忠看來,現在青年人學習環境和條件比以前好多了,應該集中精力打牢基礎。“一些科研人員追求‘短、平、快’的熱門研究,難以有時間靜下心來思考重大的科學問題,從而難以真正做出具有重大意義的科研成果。青年人要有做原創研究的自覺和膽識,全社會也要營造良好的創新文化。”唐本忠說。本報記者 喻思南

  國家自然科學獎一等獎獲得者李家洋

  要有挑戰難題的勇氣

  創新感言:搞科研,一是要有挑戰科學難題的勇氣和精神,不要因為別人解決不了,就覺得自己肯定也解決不了,要敢於挑戰,要有信心。二是要有一個非常好的團隊,這非常關鍵。三是要有鍥而不捨的精神,在困難的時刻不動搖,能夠一直堅持下去。四是要具備敏銳性,如果沒有敏銳性,你根本不知道一項科學研究最重要的關鍵點在哪裡。

  獲獎項目:水稻高產優質性狀形成的分子機理及品種設計

  長江中下遊稻區是我國水稻主產區之一,曆史上一直是水稻育種水平和生產水平非常高的地區。但近20年以來,該地區水稻產量進入一個緩慢增長期,存在著品質較差、抗病性弱、主栽種品種退化嚴重等問題,由此也帶來了抗生素和農藥濫用等一系列問題。在這種情況下,科學家們一直在思索:能否找到水稻質與量的“完美協調”,讓其綜合能力達到最佳?

  經過多年的努力,以中國科學院院士李家洋領銜的研究團隊終於找到了這個“完美協調點”。他們運用分子設計育種的理念和技術,經過精心的雜交“設計”,育成了具有理想株型及超高產、早熟和抗稻瘟病等優秀基因的水稻新品種。

  日前,這一突破性成果也因具有引領作用,對指導未來作物遺傳改良、保障國家糧食安全具有重大戰略意義,摘得2017年度國家自然科學獎一等獎桂冠。

  “分子設計”育種技術可以精確改良水稻缺點

  在過去半個世紀裡,中國的水稻育種實現了兩次重要突破,成為世界範圍內第一次“綠色革命”的重要組成部分。

  第一次是上世紀60年代矮化育種的成功,把水稻產量提高了20%—30%;第二次是上世紀70年代中期雜交水稻的研究成功,水稻產量在矮稈良種的基礎上又增長20%左右。

  兩次突破很好解決了中國等發展中國家的溫飽問題。如何在吃飽的同時又能吃好,讓水稻既高產又優質?

  1994年,在美國完成博士後學業之後,李家洋立刻回到國內,為實現這一目標開始努力。李家洋選擇了“分子設計”育種技術為研究方向。“‘分子設計’育種技術是世界作物遺傳改良領域最先進的技術。它可以實現基因的直接選擇和有效聚合,也就是說可以精確改良缺點,聚合多個優點,不但有望實現水稻既高產又優質,同時還能大幅度提高育種效率,縮短育種年限,並且實現‘精確育種’。”

  研究過程異常艱難,沒有先例可循

  多數農作物的經濟性狀,比如高產、穩產、優質、高效等,都受到多個基因的調控,並具有“模組化”特性。

  “水稻也一樣。所以,在這個過程中我們需要首先了解清楚水稻不同基因對應的不同性狀,以及不同基因耦合可能產生的性狀,解析它們表達調控機制、彼此作用的模式。然後將這些基因根據需要進行相對精確的重新組合,得到我們需要的品種,讓雜交、選種過程變得有目標、可預見。”李家洋說,“這就像搭積木,我們有針對性地選擇需要的積木,更快更好地搭建出需要的建築。”

  然而,“搭積木”的過程並不容易。

  李家洋坦陳,最艱難的時期就是研究的起步階段。“在世界上這也是個巨大挑戰,沒有先例可循。我們只能自己摸索研究,建立一套圖位克隆水稻基因的體系。”李家洋說。

  最終,經過8年的努力攻關,李家洋團隊成功建立了一套圖位克隆水稻基因體系。“有了這個體系,我們就可以克隆水稻的所有基因。”

  “最讓我高興的是,之後的研究中我們成功找到了最關鍵基因。”李家洋說,這種名為理想株型的基因可以讓株型更優。“莖稈更粗壯,穗子大、穀粒大,這是高產最重要的性狀。”

  除了讓水稻能既高產又優質外,“分子設計”育種技術還能讓育種時間大大縮短。常規育種需要7—8年才能選出育種材料,“分子設計”育種技術能將其縮短到4—6年甚至更短,育種周期縮短為原來的1/2至1/3。

  李家洋說:“在常規育種中,雜交後的新稻株要等到在田裡生長後,科學家才能用肉眼‘海選’出想要的性狀植株。但在分子模組設計育種中,哪怕還是小苗,只要做一次基因檢測,就能‘鎖定’想要的那一棵。”本報記者 吳月輝

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[責任編輯:朱晶晶]

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