明星项目惠民生 ——解读那些“接地气”的科技大奖

       2018年的新年钟声刚刚敲过，一年一度的国家科学技术奖励大会如期而至。你一定想知道，今年的获奖项目都有啥？

       翻阅今年获奖项目名录，其中不少字眼都和百姓生活息息相关：早熟马铃薯新品种、造血干细胞移植、智慧协同网络及应用……快来看看“接地气”的科技大奖是如何改变“医食住行”的吧。

培育早熟优质多抗马铃薯新品种种植面积增至4000万亩

       “衣不如新”，放在蔬菜里也同样适用。人们都愿意吃新上市的“抢新菜”，即使花更多的钱。6月前上市的早熟马铃薯价格是9、10 月份上市的晚熟马铃薯的2-3倍。

       但在20多年前，全国约4300万亩马铃薯种植面积中，只有15%是早熟马铃薯。“当时只有3-4个推广面积不大的早熟品种，而且优质种薯缺乏，病毒病引起的退化普遍发生，霜冻、病害也严重。”中国农业科学院蔬菜花卉研究所金黎平回忆道。

       寻找早熟优质多抗的马铃薯种质资源，聚合育成优良新品种，加速新品种推广应用，成了金黎平所在团队的主攻方向。金黎平领衔的“早熟优质多抗马铃薯新品种选育及应用”项目获得2017年度国家科技进步二等奖。

       要种出好果实，首先要找到好种子。金黎平团队收集、保存并系统评价了2228份种质资源，筛选出62份早熟、优质、多抗的突破性种质材料，极大地丰富了我国马铃薯种质资源。

       从筛选出的种质资源里优中选优，育成早熟优质多抗新品种也不是件简单的事情。金黎平团队历时多年系统分析了资源的遗传多样性，开发了早熟、薯形和抗病等6个实用分子标记，创新了早熟育种技术，创制了19份早熟优质多抗育种材料。

       功夫不负有心人。金黎平团队育成了以中薯3号和中薯5号为代表的7个具有自主知识产权的国审早熟优质多抗新品种，实现了早熟品种更新换代。其中，中薯3号，突破了早熟品种不抗旱和广适性差的局限，改变了半干旱地区种植早熟品种困难的局面，扩大了早熟马铃薯种植区域。中薯5号，突破了早熟品种不抗晚疫病的瓶颈，创造了早熟品种在晚疫病重发区种植先例。这两个品种近3年推广了4025万亩，约占全国早熟马铃薯面积的1/3。

       令金黎平倍感欣慰的是，经过23年的努力，他们的研究成果促进了马铃薯行业科技和产业发展。我国早熟马铃薯占马铃薯种植面积的比例由过去的15%提高到2016年的45%，达4000万亩左右。

单倍型相合移植 人人都有造血干细胞移植供者

       “造血干细胞移植是治愈白血病等血液病最有效的方式之一，但供者来源匮乏是限制造血干细胞移植发展的世界性难题。”北京大学人民医院血液科主任黄晓军说。经过十多年研发，黄晓军团队开创性地提出了单倍型相合移植治疗方案，让人人都有造血干细胞移植供者。他们的成果此次获得了2017年度国家科技进步奖二等奖。

       黄晓军团队自2000年开始攻克造血干细胞移植供体不足的难题，进行单倍型造血干细胞移植。目前该团队创建的单倍型相合移植体系，被国际同行称为“北京方案”。“北京方案”在治疗急性白血病和重型再生障碍性贫血方面，总体生存率达 75%-89%，取得与同胞全合移植一致的疗效。

       异基因造血干细胞移植诞生半个世纪以来， HLA（白细胞抗原）100%全合同胞，一直是经典首选供者，否则常发生严重排异反应。但即使是同胞兄妹，全相合概率也仅有30%，而没有血缘关系的人群，全相合的概率只有十万分之一。

       单倍型移植可以简单理解为在HLA不完全相合的情况下进行移植，因此患者的父母和兄弟姐妹都可以成为供者，但是移植物抗宿主病、感染等使其生存率不及同胞全合移植的三分之一。

       单倍型移植后，排斥率高达70%-90%。 “能不能把T细胞的功能暂时管控起来，让它在早期不产生抗宿主病。等过一段时间它们适应了，我们再把T细胞功能放出来，然后让它慢慢去抗肿瘤、抗感染。”黄晓军说，粒细胞集落刺激因子诱导免疫耐受是关键。

       十多年探索，黄晓军团队基于自创的粒细胞集落刺激因子诱导免疫耐受，原创的单倍型相合移植体系，让父母和子女、同胞兄妹之间可以任意成为骨髓供者，解决了配型、抗排斥、抗感染、复发等环节的诸多难题。

       目前该方案在法国、意大利、日本等国作为临床常规应用，覆盖全球50%以上的同类移植。“北京方案”还被写入国际骨髓移植权威教材，并被美国、英国等国骨髓移植协会相关指南引用。

全球30米地表覆盖遥感制图 看清地表格局及发展趋势

       “随着对地观测技术的进步，海量影像数据已经覆盖全球，但要定量研究全球变化问题，还需要从影像中提取地表覆盖等重要专题信息。”国家基础地理信息中心陈军教授说这正是他们攻克的难题。由他领衔的项目“全球30米地表覆盖遥感制图关键技术与产品研发”获得2017年度国家科技进步奖二等奖。

       经过中国科学家四年攻关，世界上首套30米分辨率、2个基准年（2000年和2010年）的全球地表覆盖数据集GlobeLand30诞生。2014年9月，中国政府将其赠送给联合国使用。

       陈军介绍，欧美曾研制多套全球全要素地表覆盖信息产品，但空间分辨率粗（最高300米）、精度不高、时效性差，无法满足需要。GlobeLand30是“全球地表覆盖遥感制图与关键技术研究”项目的重要科研成果。地球的耕地、森林、草地等资源是如何分布的，在GlobeLand30网站上一目了然，此外全球陆域范围各个角落10年的变迁也可以看得清清楚楚。

       GlobeLand30数据不仅可以获得不同地表覆盖数据的统计值和变化量，而且可为分析全球碳库的空间分布、评价森林砍伐和恢复过程、监测全球化城镇化趋势等。准确可靠的地球空间信息，也为联合国发展议程的制定、实施、监测和评估提供支撑。

       为了研制出高质量、标准化的全球30米地表覆盖数据产品，项目组首创了POK遥感制图技术，将大范围地表覆盖制图精度从50-60%提高到80%以上，其系列算法解决了约占全球陆表30%的缺陷影像的高精度插补和再利用难题，建成的世界上首个全球30米地表覆盖综合性信息服务平台，为信息共享、分析应用及验证更新提供了高效服务手段。

       目前GlobeLand30在联合国和五大洲近120多个国家广泛应用。国内用户包括200多个政府机构和研究单位、270多所大专院校，国外用户包括260多个联合国和国际、国家级研究机构以及300多所大学。

破解传统网络“静态与僵化” 让网络更智慧

       互联网已深入到社会方方面面，为人类的生活、学习和工作提供了巨大便利。然而，由于原始设计的不足，现有互联网体系难于满足高移动、低延迟、高可靠等新的应用需求。

       为破解上述难题，北京交通大学教授张宏科带领团队进行“智慧协同网络及应用”项目研发，极大拓展互联网的应用范围和领域。该项目获得2017年度国家技术发明奖二等奖。

       张宏科以高铁运维为例说道，在高速移动环境下，实现大数据可靠传输是高铁运维面临的难点之一。通过智慧协同网络技术应用，在高铁运维过程中，通过服务与网络的高效适配，实现联通、移动、电信等多家运营商带宽资源的协同聚合，显著提升网络资源利用率、传输可靠性和用户体验，为高铁智能运维提供了重要技术保障。此外，在智能制造场景，智慧协同网络也展示出优于传统网络的一面。

       绳锯木断，水滴石穿。智慧协同网络的研发过程并非一蹴而就。早在上世纪90年代中期开始，张宏科带领研究团队历时20余年逐步深入，先后开展了IPv6路由技术、标识网络技术以及智慧协同网络技术的研究。

       在此过程中，项目组发现传统互联网由于其原始设计不足已逐渐呈现出“静态、僵化”等严重弊端，难以满足不断提升的通信需求。“为解决这些弊端，我们以智慧为目标，标识和协同为特征，开创性地设计出新型互联网系统，即智慧协同网络。”张宏科介绍。

       智慧协同网络技术目前正在向民用电子消费领域迈进。张宏科举例道，小区宽带普遍存在多家运营商布线接入，而用户只能用一条的局面，造成资源浪费的同时，又不能提升用户体验。

       “智慧协同网络技术能有效破解这一局面，正在进行产业推进，未来有望成为智能家庭网关的接入管理设备。”张宏科信心满满地说道。

揭示三七现代临床定位实现全产业链开发利用

       三七是我国独具特色的珍贵中药材，传统主要用于跌打损伤，为军创要药。近代，三七及其制剂在临床多用于心脑血管等疾病的治疗，但作用机制、主要药效成分及临床定位并不十分清晰，其综合利用开发相对薄弱。

       中药的品质保障一定是从“地头”到“床头”全产业链质量控制。中国医学科学院药用植物研究所研究员孙晓波表示，他主持的“中药大品种三七综合开发的关键技术创建于产业化应用”项目，创新性地提出了中药三七全产业链研发与综合利用的原创思维，创建了以功效为背景，活性为导向，药效机制服务临床定位的中药材种植、中成药生产过程质量控制、临床应用、市场开发的产学研一体化模式。该项目获得2017年度国家科技进步奖二等奖。

       项目组利用已构建的多元化整合药理学技术体系，研究发现三七中主要药效成分可通过改善微循环、抑制炎症反应、激活雌激素受体发挥心脑血管保护作用，创新性发现三七素对化疗药引起血小板减少有改善作用，三七总皂苷、三七皂苷R1对糖尿病视网膜病变有显著疗效，为推动原创新药的临床定位、再评价及三七新用途开发提供理论依据。

       基于研究成果，项目组率先开发了以三七为主要原料的治疗心脑血管疾病的药物——血塞通系列产品，开创了三七应用的一个崭新领域。孙晓波介绍，以三七皂苷为主要原料的中成药大品种群，创造了世界植物药用药部位、品种剂型最多的系列产品，包括注射剂、片剂、胶囊剂、滴丸剂等等，形成了巨大的市场规模效应及经济效益。创立理洫王与阿司匹林联合应用的“阿理疗法”在缺血性脑卒中独特的临床价值得到了业内的高度关注，产生了明显的经济和社会效益。

       基于三七不同炮制品化学成分与药效对比性研究与分析，项目组首次发现生熟三七各自相关的关键活性成分，科学解析了三七“生撵熟补”传统理论的物质基础，为传统应用上不同炮制品具有不同功效提供了新的理论与实验依据。

精准把脉煤层气推动产业规模性发展

       勘探开发和利用煤层气资源，是能源开发、煤矿安全生产、温室气体减排的国家重大需求。我国煤层气开发初期，生产布井成功率低、生产规模小，集中在沁水盆地南部、鄂尔多斯盆地东缘两大生产基地。亟待提高生产能力，壮大产业规模。经过煤层气界近10年的科技攻关，我国地面井煤层气产量增长了13.6倍。

       “采气过程中，煤储层性质始终处于动态变化过程，加之我国煤层气地质条件相比北美和澳大利亚更为复杂，没有先例，给开采带来很大难度；要使其向有利于煤层气产出方向转化，需要实现煤储层排采动态地质诊断，理解、掌握和控制动态过程特点。”中国矿业大学秦勇教授说。

       我国沉积盆地演化历史复杂，煤储层改造强烈。我国煤矿安全生产要求“先采气后采煤”，煤层气抽采必须面向复杂多样的地质条件，先前没有成熟且适用的煤储层动态特征评价与监测技术可供借鉴。

       多煤层条件下，由于地质条件的动态干扰，以往的煤层气合采井产气情况多数效果较差。项目组通过攻关研究，揭示了层序地层格架控气机理，创立了叠置煤层气系统理论。以此为基础，研发了以阻水隔气关键层为核心的叠置煤层气系统识别方法，以及“五步法”合采兼容性预测技术体系，应用于西南等地区煤层气井合采产层预测和优选。

       2008年至今，项目组逐步建立了适合于国内不同地质条件的煤层气开发地质保障技术。创新成果应用推广到华北、西北、西南地区的42个区块13家煤层气企业，覆盖了我国煤层气勘探开发活动最活跃的地区和企业。大型生产基地覆盖面达100%，生产区块覆盖面超过60%，接替基地覆盖面2/3，行业骨干企业覆盖面达70%。此项技术的研发和应用，获得2017年度国家科技进步奖二等奖。

半导体掺杂技术新发现 迈向产业化应用

       半导体掺杂技术是半导体器件的核心技术之一。尽管半导体掺杂技术看起来很高深的样子，但日常生活中的半导体器件却随处可见，比如智能手机、电视机、LED灯、激光器等。

       随着半导体器件尺寸的不断减小，各种量子效应逐渐凸显，经典的器件设计理论将不再适用，使传统半导体掺杂技术面临巨大挑战。

       “新型半导体材料的掺杂机理研究是目前光电技术、凝聚态物理、新能源等领域的前沿热点问题，对此我们开展了相关的基础研究，试图寻找关键科学问题的答案。”中科院半导体研究所研究员李京波介绍。他主导的“新型半导体深能级掺杂机制研究”项目获得了2017年度国家自然科学奖二等奖。

       李京波团队研究成果引起了国内外学术界的关注，《自然-亚洲材料》曾将他们的研究发现作为“亮点”来介绍，该杂志指出：李京波及其合作者设计了一种新的方法来提高TiO2的光催化效率。

       据介绍，以半导体激光器外延生长、掺杂技术等关键科学问题研究为支撑，在大功率半导体激光器芯片关键技术等方面，李京波团队近来取得了多项创新成果：开发出六千瓦纳秒脉冲激光器，平均功率最高达到了6000W，比目前国际上同类指标高2000W；首次研发出大功率半导体激光器芯片，芯片单巴功率超过160瓦，寿命超过1万小时。

       李京波团队已经将此次获奖项目的部分成果成功转化为高功率脉冲激光器产业化应用。他们在南昌经济技术开发区的支持下创办了南昌中科创谱激光科技有限公司，预计2018年该公司的销售收入将突破1亿元。

       “基础研究是创新的根基，也是工业装备升级的支撑，掌握了光纤激光器的基本原理，就可以突破大功率脉冲激光器的技术瓶颈。”李京波强调。

创建竹林碳汇方法学推动竹林碳减排交易

       “竹林在应对气候变化中蕴藏着巨大的潜力，然而竹林特殊的爆发式、可再生生长与隔年采伐特性、频繁的经营干扰等严重制约了其固碳功能的科学评价和提升，竹林碳汇项目在国内外都缺失方法学标准，致使碳汇难以进入碳减排市场。”   浙江农林大学党委书记周国模说，这是他们研究竹林生态系统碳汇监测与增汇减排技术的原因。他们的研究成果获得2017年度国家科技进步奖二等奖。

       竹林是我国南方地区十分重要而特殊的森林类型，我国竹林资源丰富、分布广泛，现有面积约601万公顷。竹林是碳源还是碳汇，是国际长期争议的话题。

       周国模教授团队通过研发多项技术，揭示典型竹林碳源汇动态，发现中国竹林年净固定CO2为1.129亿t，探明了中国竹林生态系统碳储量约为7.802亿t，同时阐明全国每年有1340万t固碳量转移到竹材产品碳库，系统澄清了竹林是碳源还是碳汇的国际争议。

       研究证明，每公顷竹林年净固定二氧化碳为24.31吨，远高于亚热带地区其它森林类型，再加上竹林生长迅速，三到五年就可以成竹，这使竹林成为固碳能力最好的造林项目之一。但由于竹林生长更新和经营方式与普通乔木林存在显著不同，现有的国际、国内林业碳汇项目方法学都不适用于竹林经营。

       经过十五年的研究，项目团队研发出5项国家、国际标准的竹林碳汇项目方法学，填补了国内外空白。其创建的竹林不同碳库的计量方法模型、计量参数值和竹子生长模型库，突破竹林碳汇计量方法和特征参数缺失的难题，解决了竹林碳汇进入国内、国际碳减排市场的技术瓶颈。

       近年来，项目团队已在浙、湘、川等竹子重点分布区，累计推广竹林提质增汇减排综合经营面积100多万亩，帮助两万多户竹农开发自愿核证减排量竹林经营碳汇项目30多万亩，可以产生核证减排量约430万吨。