大江東︱探稻、鋪路、追光 上海最美科創人在大地上寫論文
2022年上海評出10位“最美科技工作者”,大江東工作室採訪了其中三位科研事業的“鋪路”人何祖華、孫立軍和王文濤,且聽他們如何甘為人梯,用自己的研究成果為他人的科研鋪路,為科研“大廈”打牢地基。
何祖華:抗病救稻,建立共享的高抗水稻基因組文庫
何祖華研究員在上海鬆江五厙農場實驗田查看稻株。中科院分子植物科學卓越創新中心供圖
悶熱的黃梅天,上海鬆江的太陽雨,像白開水一樣熾熱。
中國科學院分子植物科學卓越創新中心研究員何祖華頭頂大草帽,帶學生們在五厙農場試驗田分拔稻秧、移栽秧苗,衣服濕了干、干了濕,他渾然不覺。本應四月初播種的早稻,因疫情耽擱了,他們要搶回科研的農時。
從1983年讀研開始,他就一直研究稻瘟病等,尋找水稻廣譜抗病基因,揭示植物免疫機制,為育出抗病且穩產的水稻良種提供理論與技術支撐。當時跟著導師申宗坦教授到浙江桐廬山坳裡採樣,所見至今難忘:整片稻田感染了“水稻癌症”稻瘟病,顆粒無收,農民捧著枯萎的秸稈,滿臉愁容,懇求專家想想辦法。那一刻,何祖華體會到糧食於民於國,都是天大的事,下定決心,這輩子“死磕”稻瘟病。
“中國人的飯碗要裝自己的糧食,不僅要吃飽,還要吃好。”為了解決這個困擾水稻育種界多年的難題,從2002年起,他廣泛和育種家和病理學家合作,帶學生跑遍全國主要水稻種植區,篩選廣譜持久的抗病基因。
他想,如果建一個水稻基因庫來集合這些基因,讓科研人員共享共用,也有利於發掘更多抗病基因。然而,很少有人願做這件費時又費力的基礎性工作。
何祖華主動牽頭,帶領團隊建立高抗水稻基因組文庫,花了兩年篩選幾萬個基因組克隆。2006年,他們終於找到一個幾乎能對抗稻瘟病所有變異病菌的基因位點。而后又花了10年弄清這個“基因克星”如何與稻瘟病菌“纏斗”。
2009年至2014年間,何祖華團隊沒在國際頂尖科學期刊發表成果。壓力襲來,他仍堅信,“基礎科研有自身規律,不能彎道超車,需要沉心靜氣”。
“基礎研究要奔著解決問題,問題沒解決,我就要堅持不懈追下去。”終於,在2017年,何祖華團隊撞線了,解析出水稻廣譜持久抗病與產量平衡的遺傳與表觀調控機制,文章發表於《科學》雜志,成果獲評2017年年度中國生命科學十大進展。由何祖華發掘的水稻廣譜抗病基因,被國內40多家種子公司和育種單位應用於水稻抗病分子育種,累計推廣至全國幾千萬畝的水稻種植上。
如今,何祖華還會和學生們一起下地播種、插秧、病害鑒定和收割。他說,水稻研究是一項大田裡的科研,好的論文隻能寫在大地上。“我國很多農業專家80歲、90歲了還會到地裡干活,我希望像他們一樣。”
孫立軍:跑盡萬裡路,鋪就更耐用更暢通的路
孫立軍教授在查閱研究資料。同濟大學供圖
“我們做道路工程研究的經常跑現場,一段時間不去,感覺像沒做什麼事一樣。”同濟大學學術委員會副主任、教授孫立軍說這番話時,距他第一次跑現場已經過去了30多年。
作為我國首個道路工程專業博士,他於1989年在同濟大學獲博士學位后留校任職,27歲晉升副教授,30歲破格升為教授,31歲成為博士生導師,是同濟當時最年輕的教授和博導。
讀博期間,孫立軍的研究重點是道路設施運維管理數字化轉型,要求以大量數據為支撐,數據採集,主要靠勤快的雙腳,他跟著導師到道路現場作業調查,“跑”出來一個個數據,足跡遍布數萬公裡道路,收集到超過100萬個現場的一手調查數據。有一次,在調查現場,孫立軍隨口就准確說出各條路況,一位隨行的北京交通部門負責人感嘆:“你對北京的道路比我還熟!”
“現場調查是個考驗,理論說得頭頭是道,但真正接觸實際,是非常復雜的過程。”實地調查給科研推進打下堅實基礎,基於100多萬個調查數據,他提出破解重載道路結構國際難題的解決方案,成果被編入國家道路設計規范,成為我國數十萬公裡高速、高等級道路結構設計的技術依據,使道路壽命躍升3至5倍,達到國際先進水平,取得了重大理論突破和工程成效。
現在,即使沒有研究任務,他仍保持常去道路現場看看的習慣。
孫立軍出了名的嚴謹。世紀之交,他作為技術負責人參加上海市交通擁堵收費政策項目研究,“項目本質上是使用經濟杠杆來管理城市交通,當時國內沒有先例,國際上能借鑒的案例也很少。”
項目受到包括孫立軍在內絕大多數行業專家質疑。盡管不看好,他還是放棄春節假日,從調研、建模到定量分析,從核心技術、系統管理、配套設施到政策影響,進行全面透徹的分析論証。三個月的分析,結果出乎預料,“相比純行政手段,以收費手段緩解城市交通擁堵,是很好的技術經濟方案,有更多彈性和科學性”。不過,當時上海很多規劃的工程正在建設,交通流的分布並不穩定,實施收費降堵方案,變數很大。
孫立軍反復權衡,冷靜思考了一個月,最終在可行性報告中給出“不支持”的意見,“做研究應該實事求是,科學論証。一味迎合決策者意圖,不負責任,要讓決策建立在科學基礎上。”
經過答辯、討論,上海市政府接受了孫立軍和團隊的建議,“這是我們所見到的最好的決策建議報告!”
不能以經濟手段疏解擁堵,就需要通過新興技術尋找疏堵之路。上海道路網絡極為龐雜,孫立軍帶領團隊,經過數年努力,建成我國首個城市快速路智能交通管理系統,使高架道路每天處理和服務交通的能力提高約61%,並推廣到全國約150個城市,用科研攻堅為人們鋪出快捷之路。
王文濤:追逐“夢之束”,研制小型化的科研工具
王文濤研究員在實驗室。中國科學院上海光學精密機械研究所供圖
2019年1月11日凌晨3點,中國科學院上海光學精密機械研究所的一間板房,一束期盼已久的光從裝置中穿梭而出。為了追這束來之不易的光,王文濤研究員和團隊坐了8年“冷板凳”。
2004年,美、法、英等國科學家在實驗中取得激光尾波場電子加速的重要突破,成果被《自然》(Nature)雜志以“夢之束”標題刊發。此后,利用激光尾波場加速器驅動的小型化自由電子激光,特別是X射線波段的自由電子激光,成為該領域科學家共同追求的前沿。
6年后,剛從上海光機所博士畢業的王文濤,響應實驗室發展需求,將研究方向轉到基於強激光的超高梯度電子加速技術。此前,國內相關研究遠遠落后。從零開始,他卻很樂觀,“我是一塊磚,哪裡需要哪裡搬!”
X射線自由電子激光是當前最先進的研究工具之一,在超快化學、結構生物學等研究中有廣泛應用前景,是鋪路式的基礎研究。目前世界上有8台X射線自由電子激光裝置正在運行,發揮了重要作用,但耗資高昂,長度可達公裡級,限制了進一步推廣。
對“夢之束”的研究,就是希望給龐然大物“瘦身”,讓電子束坐上“高鐵”,將“旅行”距離從千米量級縮短至十米量級,卻能保持同樣加速度。
2013年,王文濤在實驗室挂標語,“加班奮戰三百天,不見出光誓不還!”實驗中的電子束品質距離實現夢想,相差千倍以上,“這注定是一條崎嶇坎坷、充滿艱辛的追光之旅”。
“追光之旅”,從經過嚴謹推算和充分論証的初始方案開始。三年裡,不管如何調試就是測不到信號,那束光遲遲不肯露面。2017年,初始方案被宣告無效,一切推倒重來,此時,距項目結題不到一年。
王文濤陷入深深的挫敗感。“向世界証明方案不可行,也是一種成功。”項目負責人李儒新院士的鼓勵,讓他走出迷茫。
“追光逐夢,眼裡要有‘光’,這代表希望。”平均年齡不到35歲的團隊,相互鼓氣,繼續嘗試第四種、第五種方案……
終於,2019年初的一個深夜,激光加速器得到的“夢之束”,變為台式化自由電子激光的“現實之光”。王文濤團隊在國際上率先完成台式化自由電子激光原理的實驗驗証,成果登上2021年7月22日國際頂刊《自然》封面——那束夢幻的光格外耀眼,仿佛對王文濤和團隊十年奮戰的表彰。國際同行評價,“該成果是激光尾波場領域自2004年‘夢之束’報道以來又一裡程碑式成果,將對同行科研人員產生重大影響,是一項重大突破、巨大進步!”
“自主創新之路充滿艱辛,卻有獨特魅力,我們願做開拓者。”王文濤開啟了新的追光旅程,和團隊一起繼續提升自由電子激光的輸出功率和光子能量,為科學研究提供開放共享。
(來源:人民日報中央廚房-大江東工作室)
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