——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

　　本报记者 喻思南

　　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。

　　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

　　本报记者 吴月辉

　　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。”