大江东|探稻、铺路、追光 上海最美科创人在大地上写论文
编辑:admin 发布时间:2023-09-06 浏览:50

  2022年上海评出10位“最美科技工作者”,大江东工作室采访了其中三位科研事业的“铺路”人何祖华、孙立军和王文涛,且听他们如何甘为人梯,用自己的研究成果为他人的科研铺路,为科研“大厦”打牢地基。

  何祖华研究员在上海松江五厍农场实验田查看稻株。中科院分子植物科学卓越创新中心供图

  中国科学院分子植物科学卓越创新中心研究员何祖华头顶大草帽,带学生们在五厍农场试验田分拔稻秧、移栽秧苗,衣服湿了干、干了湿,他浑然不觉。本应四月初播种的早稻,因疫情耽搁了,他们要抢回科研的农时。

  从1983年读研开始,他就一直研究稻瘟病等,寻找水稻广谱抗病基因,揭示植物免疫机制,为育出抗病且稳产的水稻良种提供理论与技术支撑。当时跟着导师申宗坦教授到浙江桐庐山坳里采样,所见至今难忘:整片稻田感染了“水稻癌症”稻瘟病,颗粒无收,农民捧着枯萎的秸秆,满脸愁容,恳求专家想想办法。那一刻,何祖华体会到粮食于民于国,都是天大的事,下定决心,这辈子“死磕”稻瘟病。

  “中国人的饭碗要装自己的粮食,不仅要吃饱,还要吃好。”为了解决这个困扰水稻育种界多年的难题,从2002年起,他广泛和育种家和病理学家合作,带学生跑遍全国主要水稻种植区,筛选广谱持久的抗病基因。

  他想,如果建一个水稻基因库来集合这些基因,让科研人员共享共用,也有利于发掘更多抗病基因。然而,很少有人愿做这件费时又费力的基础性工作。

  何祖华主动牵头,带领团队建立高抗水稻基因组文库,花了两年筛选几万个基因组克隆。2006年,他们终于找到一个几乎能对抗稻瘟病所有变异病菌的基因位点。而后又花了10年弄清这个“基因克星”如何与稻瘟病菌“缠斗”。

  2009年至2014年间,何祖华团队没在国际顶尖科学期刊发表成果。压力袭来,他仍坚信,“基础科研有自身规律,不能弯道超车,需要沉心静气”。

  “基础研究要奔着解决问题,问题没解决,我就要坚持不懈追下去。”终于,在2017年,何祖华团队撞线了,解析出水稻广谱持久抗病与产量平衡的遗传与表观调控机制,文章发表于《科学》杂志,成果获评2017年年度中国生命科学十大进展。由何祖华发掘的水稻广谱抗病基因,被国内40多家种子公司和育种单位应用于水稻抗病分子育种,累计推广至全国几千万亩的水稻种植上。

  如今,何祖华还会和学生们一起下地播种、插秧、病害鉴定和收割。他说,水稻研究是一项大田里的科研,好的论文只能写在大地上。“我国很多农业专家80岁、90岁了还会到地里干活,我希望像他们一样。”

  “我们做道路工程研究的经常跑现场,一段时间不去,感觉像没做什么事一样。”同济大学学术委员会副主任、教授孙立军说这番话时,距他第一次跑现场已经过去了30多年。

  作为我国首个道路工程专业博士,他于1989年在同济大学获博士学位后留校任职,27岁晋升副教授,30岁破格升为教授,31岁成为博士生导师,是同济当时最年轻的教授和博导。

  读博期间,孙立军的研究重点是道路设施运维管理数字化转型,要求以大量数据为支撑,数据采集,主要靠勤快的双脚,他跟着导师到道路现场作业调查,“跑”出来一个个数据,足迹遍布数万公里道路,收集到超过100万个现场的一手调查数据。有一次,在调查现场,孙立军随口就准确说出各条路况,一位随行的北京交通部门负责人感叹:“你对北京的道路比我还熟!”

  “现场调查是个考验,理论说得头头是道,但真正接触实际,是非常复杂的过程。”实地调查给科研推进打下坚实基础,基于100多万个调查数据,他提出破解重载道路结构国际难题的解决方案,成果被编入国家道路设计规范,成为我国数十万公里高速、高等级道路结构设计的技术依据,使道路寿命跃升3至5倍,达到国际先进水平,取得了重大理论突破和工程成效。

  孙立军出了名的严谨。世纪之交,他作为技术负责人参加上海市交通拥堵收费政策项目研究,“项目本质上是使用经济杠杆来管理城市交通,当时国内没有先例,国际上能借鉴的案例也很少。”

  项目受到包括孙立军在内绝大多数行业专家质疑。尽管不看好,他还是放弃春节假日,从调研、建模到定量分析,从核心技术、系统管理、配套设施到政策影响,进行全面透彻的分析论证。三个月的分析,结果出乎预料,“相比纯行政手段,以收费手段缓解城市交通拥堵,是很好的技术经济方案,有更多弹性和科学性”。不过,当时上海很多规划的工程正在建设,交通流的分布并不稳定,实施收费降堵方案,变数很大。

  孙立军反复权衡,冷静思考了一个月,最终在可行性报告中给出“不支持”的意见,“做研究应该实事求是,科学论证。一味迎合决策者意图,不负责任,要让决策建立在科学基础上。”

  经过答辩、讨论,上海市政府接受了孙立军和团队的建议,“这是我们所见到的最好的决策建议报告!”

  不能以经济手段疏解拥堵,就需要通过新兴技术寻找疏堵之路。上海道路网络极为庞杂,孙立军带领团队,经过数年努力,建成我国首个城市快速路智能交通管理系统,使高架道路每天处理和服务交通的能力提高约61%,并推广到全国约150个城市,用科研攻坚为人们铺出快捷之路。

  2019年1月11日凌晨3点,中国科学院上海光学精密机械研究所的一间板房,一束期盼已久的光从装置中穿梭而出。为了追这束来之不易的光,王文涛研究员和团队坐了8年“冷板凳”。

  2004年,美、法、英等国科学家在实验中取得激光尾波场电子加速的重要突破,成果被《自然》(Nature)杂志以“梦之束”标题刊发。此后,利用激光尾波场加速器驱动的小型化自由电子激光,特别是X射线波段的自由电子激光,成为该领域科学家共同追求的前沿。

  6年后,刚从上海光机所博士毕业的王文涛,响应实验室发展需求,将研究方向转到基于强激光的超高梯度电子加速技术。此前,国内相关研究远远落后。从零开始,他却很乐观,“我是一块砖,哪里需要哪里搬!”

  X射线自由电子激光是当前最先进的研究工具之一,在超快化学、结构生物学等研究中有广泛应用前景,是铺路式的基础研究。目前世界上有8台X射线自由电子激光装置正在运行,发挥了重要作用,但耗资高昂,长度可达公里级,限制了进一步推广。

  对“梦之束”的研究,就是希望给庞然大物“瘦身”,让电子束坐上“高铁”,将“旅行”距离从千米量级缩短至十米量级,却能保持同样加速度。

  2013年,王文涛在实验室挂标语,“加班奋战三百天,不见出光誓不还!”实验中的电子束品质距离实现梦想,相差千倍以上,“这注定是一条崎岖坎坷、充满艰辛的追光之旅”。

  “追光之旅”,从经过严谨推算和充分论证的初始方案开始。三年里,不管如何调试就是测不到信号,那束光迟迟不肯露面。2017年,初始方案被宣告无效,一切推倒重来,此时,距项目结题不到一年。

  王文涛陷入深深的挫败感。“向世界证明方案不可行,也是一种成功。”项目负责人李儒新院士的鼓励,让他走出迷茫。

  “追光逐梦,眼里要有‘光’,这代表希望。”平均年龄不到35岁的团队,相互鼓气,继续尝试第四种、第五种方案……

  终于,2019年初的一个深夜,激光加速器得到的“梦之束”,变为台式化自由电子激光的“现实之光”。王文涛团队在国际上率先完成台式化自由电子激光原理的实验验证,成果登上2021年7月22日国际顶刊《自然》封面——那束梦幻的光格外耀眼,仿佛对王文涛和团队十年奋战的表彰。国际同行评价,“该成果是激光尾波场领域自2004年‘梦之束’报道以来又一里程碑式成果,将对同行科研人员产生重大影响,是一项重大突破、巨大进步!”

  “自主创新之路充满艰辛,却有独特魅力,我们愿做开拓者。”王文涛开启了新的追光旅程,和团队一起继续提升自由电子激光的输出功率和光子能量,为科学研究提供开放共享。