接下来这个奖就是2023年度的“科学大突破”,这一年里我们向地下突破,去探索地球深处的秘密;也在微观世界突破,破解农作物丰收的密码;还在向未来突破,比如研究太阳能电池的新形态,那这个奖到底会被谁夺得呢?

科探目标“大突破”:深地塔科1井,向地下万米挖呀挖

突破小播报:如果要向地下挖掘一万米,将会遇到什幺呢?是未知的油气宝藏?还是打开奇幻的地底世界的大门?这些都不确定。确定的是,正常情况下,越接近地球中心100 米,温度升高1 ~ 3℃。作为我国首个万米科探井的深地塔科1 井,它的井底温度预计将超过200℃,钻杆将像“煮熟的面条”一样难以控制。对此我国自主研发了全球首台12000 米特深井自动化钻机,同时创新研发耐220℃超高温工作液,为钻探万米特深井提供装备保障。

农作物耐碱“大突破”:敲除控碱基因AT1,提升盐碱地农作物产量

突破小播报:盐碱地,常常和一片荒凉的景象画等号。目前全球约有10 亿公顷的盐碱地,这个数字还会增长。预计到2050年,将有50% 的可用耕地受到盐渍化的影响,对粮食供应造成巨大威胁。当前,我国已经研制了能在盐碱地生长的高粱等农作物,更好的消息是,中国科学家研究发现,敲除农作物的主效控碱基因AT1,能够显着提升高粱、水稻、玉米、小麦和谷子等作物在盐碱地的产量。

单晶硅柔性“大突破”:它变“圆滑”了,也变强了

突破小播报:提到太阳能电池,你脑海中浮现的是不是那些方方正正排列的地面光伏电站呢?这些吸收太阳精华的电池像极了“薄脆饼干”,因为无法弯曲所以只能在空旷的地方一字排开。科学家研究发现,单晶硅太阳电池“脆弱”的原因是,一旦施加应力,单晶硅片边缘处的“V”字形沟槽容易产生裂痕。将硅片边缘的表面和侧面尖锐的“V”字形进行圆滑处理之后,单晶硅太阳能电池就可以变得薄如纸,还能像纸一样进行弯曲、折叠。这意味着,将来单晶硅太阳能电池可以被广泛应用于帐篷、汽车、帆船甚至飞机上,清洁能源在我们日常生活中将会越来越普遍。

获奖者:敲除控碱基因AT1

颁奖词:改变不了环境,就适应环境,盐碱地也会有丰收的景象。

唤醒沉睡的盐碱地,充实人类的粮仓

我国盐碱地的总面积约15 亿亩,而其中具有开发利用潜力的约5 亿亩,如何唤醒盐碱地这一“沉睡”资源?从20 世纪60 年代起,科学家就开始了对盐碱地的改良利用,主要采用“淡水泡田、压盐沥碱”方式来降低土壤中的盐碱度。实践证明,这种方式造成淡水资源难以支撑,生态环境不可持续。

与其让盐碱地变得适应作物,不如让作物变得适应盐碱地。中国科学院遗传发育所的科学家们长期扎根在黄河三角洲盐碱地一线进行技术攻关,打响了一场“选育耐盐碱植物”的持久战。

小麦育种专家、遗传发育所老所长李振声院士带领青年科学家们长期致力于盐碱地粮食生产,成绩斐然。团队成员参与选育的耐盐水稻盐黄香粳,在6‰的盐碱地上用3‰的微咸水灌溉,亩产515 千克,米质优一级,实现了耐盐高产优质的统一;耐盐大豆科豆35,在中度盐碱地亩产超过270 千克,并创造了中度盐碱地306 千克的高产纪录,实现了耐盐、高产和稳产。

更好的消息在于,科学家通过基因敲除技术对高粱进行全基因组大数据关联分析,发现了主效调控耐碱的基因AT1,并揭示了作物高抗盐碱的分子机制。在宁夏平罗盐碱地的实验结果表明,AT1基因的利用能够使高粱籽粒增产20.1%, 谷子增产近19.5%,在吉林大安盐碱地,水稻不同年份增产22.4%~27.8%。并且,敲除该基因也能显着增强玉米在盐碱地的存活率。研究人员预测,如果全球20% 的盐碱地种植AT1 基因改良的作物,可每年为全球增产至少2.5 亿吨粮食,从而提高盐碱地产能。盐碱地变粮仓的梦想有望实现了!