1 異源四倍體野生稻快速馴化獲突破

一株自生自滅的野生稻成為農(nóng)民手中的糧食，需要7000年到1萬年的馴化。而中國科學(xué)院種子創(chuàng)新研究院/遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所李家洋院士團隊在全球首次提出異源四倍體野生稻快速從頭馴化的新策略，可能將這個馴化過程縮短到幾十年，甚至更短。研究成果2月4日發(fā)表于《細胞》雜志。

當前，田間的栽培稻由“祖先”二倍體野生稻經(jīng)過數(shù)千年的人工馴化而來，馴化過程在改良其重要農(nóng)藝性狀的同時，也造成了遺傳多樣性的大量減少、優(yōu)勢基因資源的缺失。

除了二倍體栽培稻，稻屬還有其他25種野生植物，按照基因組特征又可以分成11類，包括6類二倍體基因組和5類四倍體基因組。其中，異源四倍體野生稻具有生物量大、自帶雜種優(yōu)勢、環(huán)境適應(yīng)能力強等特點，但同時也具有非馴化特征，無法進行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

為攻克培養(yǎng)多倍體水稻新作物的難題，研究人員首次提出異源四倍體野生稻快速從頭馴化的新策略。按照這條技術(shù)路線，他們成功創(chuàng)制落粒性降低、芒長變短、株高降低、粒長變長、莖稈變粗、抽穗時間不同程度縮短的各種基因組編輯異源四倍體野生稻材料。這項研究開辟了全新的作物育種方向，是該領(lǐng)域的一項重大突破性進展。

2 “祖沖之號”“九章二號”量子計算原型機研制成功

5月8日，中科大團隊制造的“祖沖之號”，打破了量子計算機最大量子比特數(shù)的世界紀錄。它以一個62比特的超導(dǎo)量子計算原型機，實現(xiàn)了可編程的二維量子行走。10月，它又升級到了“祖沖之二號”，可以操縱66個比特。

10月，中國科大、中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)所等構(gòu)建了113個光子的“九章二號”，處理“高斯玻色取樣”速度比目前最快的超級計算機快1024倍，進一步提供了量子計算加速的實驗證據(jù)。這也標志著我國成為目前唯一同時在兩種物理體系都實現(xiàn)“量子優(yōu)越性”的國家。

實現(xiàn)用光量子作為計算載體，要攻克諸多難關(guān)，包括制造高品質(zhì)光子源、實現(xiàn)高精度鎖相和規(guī)?；缮娴鹊?。比如說，光子源每次只放出1個光子，且每個光子一模一樣，這是巨大挑戰(zhàn)。同時，鎖相的精度相當于100公里距離的傳輸誤差不能超過一根頭發(fā)直徑。高品質(zhì)的光量子比特和邏輯器件，維持不了100毫秒，就要抓住這一瞬間讓量子計算機完成任務(wù)。相關(guān)技術(shù)要達到操縱光的極致。

近年來，中國在量子科技領(lǐng)域取得了諸多世界第一。中國科學(xué)家正在進一步提高量子計算機的穩(wěn)定性和糾錯能力，讓量子計算機在物理和化學(xué)仿真、分子模擬構(gòu)建、人工智能等方面大顯身手。

3 我國首次火星探測任務(wù)天問一號著陸火星

歷經(jīng)9個多月的長途跋涉，經(jīng)歷了驚心動魄的火星著陸“黑色九分鐘”，5月15日，我國首次火星探測任務(wù)天問一號探測器在火星烏托邦平原南部預(yù)選著陸區(qū)著陸，在火星上首次留下中國人的印跡，邁出了我國星際探測征程的重要一步。

6月11日，國家航天局舉行天問一號探測器著陸火星首批科學(xué)影像圖揭幕儀式，公布了由“祝融號”火星車拍攝的影像圖。首批科學(xué)影像圖的發(fā)布，標志著我國首次火星探測任務(wù)取得圓滿成功。

我國首次火星探測任務(wù)于2016年立項，計劃通過一次任務(wù)實現(xiàn)火星環(huán)繞、著陸和巡視探測，其科學(xué)目標主要是實現(xiàn)對火星形貌與地質(zhì)構(gòu)造特征、火星表面土壤特征與水冰分布、火星表面物質(zhì)組成、火星大氣電離層及表面氣候與環(huán)境特征、火星物理場與內(nèi)部結(jié)構(gòu)等研究。

天問一號探測器于2020年7月23日在海南文昌由長征五號運載火箭成功發(fā)射，2021年2月10日成功實施火星捕獲，成為我國第一顆人造火星衛(wèi)星，2月24日探測器進入火星停泊軌道，開展了為期約3個月的環(huán)繞探測，為順利著陸火星奠定了基礎(chǔ)。

天問一號探測器成功著陸火星，是我國首次實現(xiàn)地外行星著陸，使我國成為第二個成功著陸火星的國家。

4 “拉索”發(fā)現(xiàn)迄今最高能量光子

5月17日，《自然》發(fā)表的一項最新成果，改變了人們對銀河系的傳統(tǒng)認知：位于四川稻城的高海拔宇宙線觀測站“拉索”（LHAASO）在銀河系內(nèi)發(fā)現(xiàn)2個能量超過1拍電子伏特（PeV，1000萬億電子伏特）的光子，這2個超高能光子分別來自天鵝座和蟹狀星云，其中1個光子能量高達1.4PeV。

“這是人類迄今觀測到的最高能量光子，突破了人類對銀河系粒子加速的傳統(tǒng)認知，開啟了超高能伽馬天文學(xué)的時代。”中科院高能所研究員、“拉索”首席科學(xué)家曹臻說。

此前，銀河系內(nèi)的宇宙線加速源存在能量極限是個“常識”，過去預(yù)言的極限就在1PeV附近，導(dǎo)致伽馬射線能譜在0.1PeV以上有“截斷”現(xiàn)象。“拉索”的發(fā)現(xiàn)完全突破了這個“極限”，確定了銀河系廣泛存在的天然高能加速器，可以把宇宙線加速超過PeV，甚至于10PeV以上。

7月9日，《科學(xué)》報道“拉索”精確測量了高能天文學(xué)標準燭光的亮度?？茖W(xué)家們確認，這個標準燭光就是由宋朝記錄的“天關(guān)客星”經(jīng)千年演化形成的著名天體——蟹狀星云。“拉索”測量了標準燭光在2400倍的能量范圍內(nèi)的亮度，尤其是在能量最高的超高能伽馬波段測定了新標準。

5 神舟兩次成功發(fā)射中國人長期駐守太空

仰望冬夜，常能看到一枚亮星劃過中天。那是每90分鐘繞地球一圈的“天宮”，還有三位堅守崗位的中華兒女。

6月17日，神舟十二號載人航天飛船成功發(fā)射，并與天和核心艙成功完成對接。9月17日三位宇航員回到地球。10月16日，神舟十三號將另外三名航天員送上太空，他們要駐留半年，這也是空間站航天員乘組一般的駐留周期。這意味著，中國的載人航天邁過試驗階段，實現(xiàn)太空往返常態(tài)化。中國的空間站即將成為人類探索宇宙的主力陣地。

還記得幾十年前，美國拒絕中國人參與國際空間站；如今，中國白手起家，建成了自己的空間站，三年后還將成為人類唯一的太空前哨。天宮的存在，讓十幾個國家向中國提出申請，合作探索外太空。天宮驕傲地宣示地球人的智慧和力量。

最近兩年，航天事業(yè)捷報頻傳，北斗組網(wǎng)，火星探索，空間站常駐，緊鑼密鼓，目不暇接，離不開中國航天人數(shù)十年如一日的奮斗和登攀。今年兩艘神舟飛船成功執(zhí)行任務(wù)，更讓許多年輕人熱血沸騰，拍手叫好，就像有網(wǎng)友的留言“只想大呼666！”大家期待天宮一號上誕生更多科學(xué)成果，更多有趣的探索，書寫更輝煌的中國故事。

6 金沙江白鶴灘水電站投產(chǎn)發(fā)電

世界第二大水電站，開始工作了！6月28日，白鶴灘水電站首批機組正式投產(chǎn)發(fā)電。白鶴灘水電站位于云南和四川交界的金沙江干流上，是當今世界在建的規(guī)模最大、難度最高的水電工程。它的最大壩高289米，排名世界第三；總裝機容量達1600萬千瓦，僅次于三峽水電站。

白鶴灘水電站擁有16臺世界最大的100萬千瓦水輪發(fā)電機，全部實現(xiàn)國產(chǎn)化。12月19日，最后一臺機組發(fā)電機組轉(zhuǎn)輪完成吊裝。轉(zhuǎn)輪被稱為水輪發(fā)電機組的“心臟”，過流能力、水力效率及運行穩(wěn)定度能看出技術(shù)高低。重達338.2噸的9號機組轉(zhuǎn)輪創(chuàng)新性采用15個長葉片和15個短葉片相結(jié)合，達到各方面的最優(yōu)。

白鶴灘大壩的總庫容和防洪庫容，均為金沙江下游4個梯級電站中最大，可提高宜賓、瀘州、重慶的防洪標準，并支援三峽以下長江各城市防洪。它還可以實現(xiàn)枯水期均勻下泄，讓下游原本半年不能通航的江段，全年都能通航。

習(xí)近平總書記為此致賀信指出：“白鶴灘水電站是實施西電東送的國家重大工程，是當今世界在建規(guī)模最大、技術(shù)難度最高的水電工程。全球單機容量最大功率百萬千瓦水輪發(fā)電機組，實現(xiàn)了我國高端裝備制造的重大突破。”

7全球第一臺！我國“華龍一號”核電機組投入商運

1月30日在福建省福清市拍攝的中核集團福清核電有限公司（無人機照片）。中核集團1月30日宣布，全球第一臺“華龍一號”核電機組福建福清核電5號機組已完成滿功率連續(xù)運行考核，投入商業(yè)運行。 新華社記者 林善傳攝

中核集團30日宣布，全球第一臺“華龍一號”核電機組福建福清核電5號機組已完成滿功率連續(xù)運行考核，投入商業(yè)運行。

“這標志著我國在三代核電技術(shù)領(lǐng)域躋身世界前列。”中核集團黨組書記、董事長余劍鋒說，“中國成為繼美國、法國、俄羅斯等國家之后真正掌握自主三代核電技術(shù)的國家。”

“‘華龍一號’全球首堆的商運，對優(yōu)化中國能源結(jié)構(gòu)、推動綠色低碳發(fā)展，助力碳達峰、實現(xiàn)碳中和目標具有重要意義。”余劍鋒說。

他表示，作為我國核電走向世界的“國家名片”，“華龍一號”是當前世界核電市場上接受度最高的三代核電機型之一。首堆投入商運為“華龍一號”的批量化建設(shè)和走向世界奠定了堅實基礎(chǔ)。

8 首次實現(xiàn)淀粉全人工合成

以二氧化碳為原料，不依賴植物光合作用，直接人工合成淀粉——看似科幻的一幕，在實驗室里真實地發(fā)生了。

中科院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所研究人員提出了一種顛覆性的淀粉制備方法，不依賴植物光合作用，以二氧化碳、電解產(chǎn)生的氫氣為原料，成功生產(chǎn)出淀粉，國際上首次在實驗室實現(xiàn)了二氧化碳到淀粉的從頭合成，使淀粉生產(chǎn)從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)種植模式向工業(yè)車間生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變成為可能，取得原創(chuàng)性突破。相關(guān)研究成果9月24日在線發(fā)表于《科學(xué)》雜志。

“長期以來，科研人員一直在努力改進光合作用這一生命過程，希望提高二氧化碳的轉(zhuǎn)化速率和光能的利用效率，最終提升淀粉的生產(chǎn)效率。”論文通訊作者、中科院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所所長馬延和直言。

為解決這一難題，天津工業(yè)生物技術(shù)研究所研究人員從頭設(shè)計了11步主反應(yīng)的非自然二氧化碳固定與人工合成淀粉新途徑，在實驗室中首次實現(xiàn)了從二氧化碳到淀粉分子的全合成。

這一合成生物學(xué)領(lǐng)域重大原創(chuàng)突破，有望對糧食生產(chǎn)產(chǎn)生革命性影響，對生物制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有里程碑意義。

9 凱勒幾何兩大核心猜想被證明

11月初，媒體報道，《美國數(shù)學(xué)會雜志》發(fā)表了中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)幾何物理中心創(chuàng)始主任陳秀雄教授與合作者程經(jīng)睿在偏微分方程和復(fù)幾何領(lǐng)域取得的“里程碑式結(jié)果”。

他們解出了一個四階完全非線性橢圓方程，成功證明了“強制性猜想”和“測地穩(wěn)定性猜想”這兩個國際數(shù)學(xué)界60多年懸而未決的核心猜想，解決了若干有關(guān)凱勒流形上常標量曲率度量和卡拉比極值度量的著名問題。

凱勒流形上常標量曲率度量的存在性，是過去60多年來幾何中的核心問題之一。關(guān)于其存在性，有三個著名猜想——穩(wěn)定性猜想、強制性猜想和測地穩(wěn)定性猜想。經(jīng)過近20年眾多著名數(shù)學(xué)家的工作，強制性猜想和測地穩(wěn)定性猜想中的必要性已變得完全清晰，但其充分性的證明在陳-程的工作之前被認為遙不可及。

求出一類四階完全非線性橢圓方程的解，就能證明常標量曲率度量的存在性。陳-程的工作恰恰就是在K—能量強制性或測地穩(wěn)定性的假設(shè)下，證明了這類方程解的存在。這類方程的研究極為困難，此前，對此類方程幾乎沒有合適的處理工具。陳-程最重要的突破是給出了這類方程的先驗估計以及成功實現(xiàn)了陳秀雄提出的新的連續(xù)參數(shù)的策略。

10 我國首個抗新冠病毒特效藥獲批上市

12月8日，國家藥品監(jiān)督管理局宣布，應(yīng)急批準騰盛華創(chuàng)醫(yī)藥技術(shù)公司的新冠病毒中和抗體聯(lián)合治療藥物安巴韋單抗注射液及羅米司韋單抗注射液注冊申請。這是我國首個獲批的自主知識產(chǎn)權(quán)新冠病毒中和抗體聯(lián)合治療藥物。

此獲批標志著中國擁有了首個全自主研發(fā)并經(jīng)過嚴格隨機、雙盲、安慰劑對照研究證明有效的抗新冠病毒特效藥。

這款藥物的用途包括：接種了疫苗也產(chǎn)生不了中和抗體的人，比如一些老年人和免疫低下群體；感染了繞過疫苗的新突變毒株的病人；需要預(yù)防的密接人群。

安巴韋單抗和羅米司韋單抗聯(lián)合療法在實驗中有非常好的表現(xiàn)。與安慰劑相比，國產(chǎn)新藥治療能將中輕度新冠患者轉(zhuǎn)為重癥和死亡的風(fēng)險降低80%。國產(chǎn)新藥設(shè)計之初就考慮到了應(yīng)對新冠變異株的有效性問題，這一對抗體最大可能地避免了變異株對中和抗體的逃逸。

今年，科技抗疫支撐保障了中國經(jīng)濟平穩(wěn)運行。全國科研精銳力量聚焦疫苗、藥物、檢測試劑等5大方向持續(xù)開展應(yīng)急攻關(guān)，為常態(tài)化疫情防控、保障經(jīng)濟平穩(wěn)運行提供了“硬核科技力量”。科技保駕護航，戰(zhàn)疫更有底氣！