矢志創(chuàng)新攻堅 建設(shè)科技強國

本報記者 劉詩瑤

“生養(yǎng)健康的孩子，是許多家庭最樸素的心愿。但生育障礙、出生缺陷等問題，仍困擾著不少育齡夫婦。”中國工程院院士、北京大學(xué)常務(wù)副校長兼醫(yī)學(xué)部主任喬杰說，“我們的使命，是用更精準、更安全的辦法，幫助育齡夫婦生育健康的寶寶?！?/p>

為了讓育齡婦女實現(xiàn)健康生育愿望，喬杰帶領(lǐng)團隊歷經(jīng)10余年攻關(guān)，圍繞人類生殖細胞發(fā)育調(diào)控這一基礎(chǔ)研究難題，揭示了表觀重編程調(diào)節(jié)父母源基因組信息變化以驅(qū)動生殖細胞命運轉(zhuǎn)變的分子機制，為精準防治生育障礙與發(fā)育源性疾病打下堅實基礎(chǔ)。

在以往臨床實踐中，喬杰發(fā)現(xiàn)一些疑難病例患者反復(fù)出現(xiàn)取卵失敗、胚胎發(fā)育異常，甚至一些患者經(jīng)過長年治療，仍未獲得成功妊娠，原因卻難以解釋?！叭祟悓ψ陨砩臣毎芭咛グl(fā)育的分子機制認識有限。特別是表觀遺傳修飾調(diào)控方式多樣，物種間差異大，加之人類生殖細胞數(shù)量稀少、樣本珍貴，缺乏有效的技術(shù)手段?！眴探苷f。

2013年，單細胞測序技術(shù)為生物發(fā)育等研究提供了新途徑。該技術(shù)可以在僅有一個細胞的情況下，解析全基因組的轉(zhuǎn)錄及表觀特征。這為多角度深入研究發(fā)育機制提供了新的切入點，也推動了喬杰和北京大學(xué)教授湯富酬開展長期聯(lián)合攻關(guān)。最終，團隊在自主開發(fā)的單細胞表觀多組學(xué)測序技術(shù)的基礎(chǔ)上，突破單細胞水平多維表觀遺傳信息解析的技術(shù)壁壘，闡明表觀遺傳機制如何調(diào)節(jié)人類生殖細胞命運轉(zhuǎn)變，明確了臨床上胚胎無創(chuàng)診斷中游離DNA的來源，由此解決了長期困擾臨床的重要問題，并開發(fā)出優(yōu)質(zhì)胚胎篩選技術(shù)，助力提高臨床胚胎著床率。

合作過程中，實驗室顯微鏡一度出現(xiàn)故障，按常規(guī)方法，后續(xù)實驗無法正常開展。但大家靈機一動，想到是否可以創(chuàng)新手段而達到實驗?zāi)康哪?？團隊精心思考、改進實驗方法，運用分辨率更低的顯微鏡，調(diào)整顯微操作技巧，反而讓實驗效率大大提升，結(jié)果可重復(fù)性更加穩(wěn)定。

臨床中，曾有一位患者連續(xù)經(jīng)歷6次不良孕史，包括胚胎停育2次，胎兒畸形4次。她專程找到喬杰尋求治療。團隊通過家系遺傳檢測和表觀異常分析，發(fā)現(xiàn)該患者受表觀調(diào)控的一個基因具有一個父源位點的突變。在鑒定出表觀異?；蚝?，團隊進一步使用胚胎診斷技術(shù)，幫助患者挑選了一個不攜帶父源突變的胚胎進行移植，最后成功生下一個健康寶寶。

針對不同類型的臨床疑難疾病，團隊又陸續(xù)建立了多個胚胎診斷新技術(shù)，進一步擴大了遺傳病診斷范圍，擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)并已成功應(yīng)用于臨床。截至目前，團隊已完成600余種疾病的胚胎診斷，幫助上千家庭實現(xiàn)健康生育的愿望。

當前，我國輔助生殖醫(yī)學(xué)每年貢獻新生人口的3%左右?！拔覀兿Ｍㄟ^不懈努力和持續(xù)創(chuàng)新，取得更多原創(chuàng)性科研成果，為我國生育問題提供科學(xué)依據(jù)，為我國人口安全和經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展提供強有力的科技支撐?！眴探苷f。

國家技術(shù)發(fā)明獎一等獎“深部能源開發(fā)巖體應(yīng)力場透明解析技術(shù)及應(yīng)用”

“看”清巖體應(yīng)力場演化

本報記者 喻思南

深地能源開發(fā)面臨的重要挑戰(zhàn)之一是開發(fā)活動可能誘發(fā)垮塌、瓦斯突出、沖擊地壓等工程災(zāi)害，而誘發(fā)這些災(zāi)害的根源就在于開采引起的巖體應(yīng)力場演化。

然而，地下巖體不透明、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，開采擾動引發(fā)的巖體結(jié)構(gòu)及應(yīng)力場的變化就像一個“黑箱”，傳統(tǒng)技術(shù)和方法難以直觀、準確和量化表征，也難以對深部開采可能引發(fā)的工程災(zāi)害進行超前預(yù)警和精準治理。

為應(yīng)對這一制約深部能源安全高效開發(fā)的核心難題，中國礦業(yè)大學(xué)(北京)教授鞠楊協(xié)同四川大學(xué)、深圳大學(xué)、煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司等組建研發(fā)團隊，歷經(jīng)近20年攻關(guān)，發(fā)明了深部巖體結(jié)構(gòu)及應(yīng)力場透明解析技術(shù)，突破了工程擾動下巖體應(yīng)力場演化“看不見、摸不著”、難以量化解析的難關(guān)。

鞠楊說，為了實現(xiàn)“透視”巖石復(fù)雜結(jié)構(gòu)與應(yīng)力場演化的目標，項目團隊研發(fā)了國際首臺套真三軸擾動荷載下巖石原位CT成像實驗系統(tǒng)，解決了巖石復(fù)雜結(jié)構(gòu)演化精細識別和準確刻畫的難題；發(fā)明了巖石三維應(yīng)力場透明解析方法與裝置，攻克了現(xiàn)有技術(shù)無法獲取擾動荷載下巖石內(nèi)部三維應(yīng)力場演化的難題，實現(xiàn)了巖石應(yīng)力場透明解析方法和裝置“從0到1”的突破。

“有了這些技術(shù)，我們就能像醫(yī)生一樣，使用CT等各種儀器設(shè)備‘透視’巖石內(nèi)部結(jié)構(gòu)及應(yīng)力演化行為，找到引發(fā)巖石災(zāi)變的內(nèi)在原因，并作出災(zāi)害的研判和預(yù)警?！本蠗钫f。

該技術(shù)推廣應(yīng)用成效如何？國家能源集團神東保德煤礦是我國特大型高瓦斯礦井，這里開采擾動應(yīng)力錯綜復(fù)雜，瓦斯含量高、精準治理困難。研究團隊與現(xiàn)場工程技術(shù)人員緊密合作，指導(dǎo)了定向鉆孔、采動卸壓抽采等工藝措施，瓦斯被精準高效地抽采出來，確保了大型自動化和智能化采煤設(shè)備的安全使用。瓦斯治理理念實現(xiàn)了由“經(jīng)驗化”向“科學(xué)化”的轉(zhuǎn)變，為煤礦安全高效生產(chǎn)提供了強有力的技術(shù)支撐。

在勝利油田，針對非常規(guī)油氣開發(fā)過程中面臨儲層改造技術(shù)挑戰(zhàn)多、采收效果評價難等問題，項目團隊與油田技術(shù)人員密切合作攻關(guān)，運用該項目技術(shù)和成果，指導(dǎo)和優(yōu)化了儲層壓裂設(shè)計方案，大幅提升了油藏采收率。

“隨著能源開發(fā)不斷向地球更深部進軍，超高溫、超高壓、強擾動等更加嚴苛條件突顯，巖體應(yīng)力場演化變得愈加復(fù)雜，深部巖體災(zāi)害防控將面臨更大挑戰(zhàn)?！本蠗钫f，目前，項目團隊正在有針對性地開展深入研究，進一步提升和完善巖體應(yīng)力場透明解析與災(zāi)變透明推演技術(shù)，以適應(yīng)更嚴苛環(huán)境的需要。

作為一種基礎(chǔ)通用性技術(shù)，該項目成果不僅在解決深部能源開發(fā)災(zāi)害防治等關(guān)鍵問題上發(fā)揮了重要作用，還拓展應(yīng)用于川藏鐵路、城市地鐵等國家重大工程和重點民生工程，有效提升了工程安全性。

鞠楊介紹，戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源開發(fā)、地?zé)衢_發(fā)、二氧化碳地質(zhì)封存與利用對保障我國能源安全和實現(xiàn)“雙碳”目標具有重大意義，其核心技術(shù)均涉及巖體擾動應(yīng)力場的定量表征問題。通過“看”清巖體結(jié)構(gòu)及應(yīng)力場演化，有助于實現(xiàn)能源安全高效開發(fā)和災(zāi)害源頭治理及主動防控。

國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎“玉米單倍體育種高效技術(shù)體系創(chuàng)建及規(guī)?；瘧?yīng)用”

玉米育種跑出“加速度”

本報記者 蔣建科

玉米品種是一般由兩個親本純合自交系組配而成的雜交種，一般需要8個世代以上連續(xù)自交才能獲得純系。這個方法雖然容易操作，但周期長、速度慢。因此，如何研發(fā)出快速而先進的玉米育種技術(shù)成為焦點。由中國農(nóng)業(yè)大學(xué)教授陳紹江聯(lián)合李建生、劉晨旭、才卓、黎亮和段民孝等國內(nèi)骨干研究單位的專家，通過長期協(xié)同攻關(guān)，終于研發(fā)成功玉米單倍體育種高效技術(shù)體系，只需2個世代即可獲得育種所需純系，讓玉米育種跑出“加速度”。

陳紹江介紹，染色體是遺傳物質(zhì)的載體，一般情況下，植物細胞二倍體的染色體成對存在，而單倍體的染色體成單存在。單倍體雖然可以生長但一般高度不育，難以獲得種子，而通過特殊技術(shù)讓染色體加倍使其“脫單”，恢復(fù)至正常的二倍體狀態(tài)，就能產(chǎn)生DH(加倍單倍體)純系種子，進一步即可作為育種材料培育新品種，所以單倍體技術(shù)又稱為雙單倍體技術(shù)或DH技術(shù)。

自然出現(xiàn)單倍體的概率太低，難以達到育種需求。為此，科學(xué)家先后嘗試了多種單倍體技術(shù)路徑，雖取得了一定進展，但因操作復(fù)雜、易受遺傳背景影響等，限制了廣泛應(yīng)用。

團隊主攻方向是雜交誘導(dǎo)單倍體快速育種技術(shù)。該技術(shù)的基礎(chǔ)是上世紀50年代發(fā)現(xiàn)的原始玉米誘導(dǎo)材料，利用誘導(dǎo)材料花粉與其他玉米雜交后，雜交當代果穗上就可產(chǎn)生一定比例的母本單倍體種子。該技術(shù)涉及單倍體誘導(dǎo)、鑒別和加倍三大環(huán)節(jié)，技術(shù)瓶頸首先是原始誘導(dǎo)系的誘導(dǎo)率很低，且單倍體誘導(dǎo)的遺傳基礎(chǔ)不明確；其次是雜交誘導(dǎo)當代籽粒中，單倍體少且與二倍體隨機出現(xiàn)，通常依賴原有顏色基因標記進行挑選，但不易準確區(qū)分，需要尋找穩(wěn)定可靠的高效鑒別標記系統(tǒng)；最后是自然條件下，單倍體一般高度不育，繁殖困難。

針對這些問題，團隊聚焦高效技術(shù)的體系化研發(fā)，取得了覆蓋全技術(shù)鏈的創(chuàng)新成果。在單倍體誘導(dǎo)系創(chuàng)制方面，通過創(chuàng)新表型選擇方法、發(fā)明分子標記輔助選育方法，先后培育了三代單倍體誘導(dǎo)系，將單倍體誘導(dǎo)效率提高到20%以上，不僅開啟了我國單倍體育種的先河，也為單倍體育種技術(shù)的規(guī)?；瘧?yīng)用提供了核心材料。團隊還成功克隆2個關(guān)鍵誘導(dǎo)基因，解析了誘導(dǎo)的遺傳基礎(chǔ)，占領(lǐng)了技術(shù)制高點，而且通過跨物種驗證，為不同作物單倍體快速育種技術(shù)的創(chuàng)建開辟了新路徑。

在鑒別和加倍技術(shù)方面，基于前期研究發(fā)現(xiàn)的籽粒油分花粉直感現(xiàn)象，團隊在國際上率先提出利用雜交當代遺傳效應(yīng)進行單倍體鑒選的技術(shù)原理，并由此發(fā)明了基于籽粒油分標記的單倍體籽粒篩選方法，合作開發(fā)了全自動單倍體籽粒鑒別裝備，實現(xiàn)了單倍體籽粒高通量、自動化鑒別。團隊還進一步發(fā)明了單倍體幼胚鑒別加倍一體化組培方法，實現(xiàn)了快速高效的工廠化大規(guī)模DH純系創(chuàng)制。

育種實踐是技術(shù)價值的試金石。團隊通過技術(shù)培訓(xùn)和科企合作，在國內(nèi)數(shù)十家玉米種子骨干企業(yè)建立了單倍體育種技術(shù)平臺，大幅提高了企業(yè)育種研發(fā)的效率。同時，大批DH純系創(chuàng)制和雜交種的育成及大規(guī)模推廣，為我國玉米增產(chǎn)增收注入了新的動能。

這項成果凝結(jié)著幾代科研人員的持續(xù)努力，以及完成單位之間的精誠合作。陳紹江表示，將玉米單倍體育種的成功經(jīng)驗拓展到更多作物是團隊下一步攻關(guān)的方向。未來，希望創(chuàng)建通用型跨作物單倍體快速育種技術(shù)體系，為我國種業(yè)科技創(chuàng)新貢獻力量。

國家科技進步獎一等獎“多語種智能語音關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化”

提升人機交互語義理解的準確率

本報記者 谷業(yè)凱

在安徽合肥大蜀山腳下，科大訊飛有限公司的研發(fā)人員正在緊張有序地工作。辦公區(qū)里張貼著不少技術(shù)海報，白板上寫滿了各類公式，墻壁上印著一句話“用正確的方法，做有用的研究”，字體不大卻十分醒目。

語音是人類最自然便捷的溝通方式之一，也是智能設(shè)備人機交互的關(guān)鍵入口。多語種智能語音技術(shù)對于手機、家電、汽車等產(chǎn)業(yè)升級和產(chǎn)品“出海”具有重要的支撐作用?？拼笥嶏w以“十年磨一劍”的決心，聯(lián)合國內(nèi)高校院所和企業(yè)，在多語種智能語音關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)創(chuàng)新突破，使我國在該領(lǐng)域的整體技術(shù)達到了國際領(lǐng)先水平。

語音識別研究中，遠場、噪聲、多人語音混疊等現(xiàn)象導(dǎo)致的“雞尾酒會”效應(yīng)是一項極具挑戰(zhàn)性的難題?！氨热纾筒蜋C器人來到一群顧客的中間，每個人都在講話，聲音非常嘈雜，這就是‘雞尾酒會’效應(yīng)的典型場景。機器人很難識別、服務(wù)客戶的語音需求。”科大訊飛董事長劉慶峰舉例說。為此，他帶領(lǐng)團隊創(chuàng)新性提出了多通道語音信號時空分離建模方法，用算法將不同說話人、噪聲等語音信號精確分離，并實現(xiàn)解耦建模，大幅提升了復(fù)雜場景語音識別和個性化語音合成的效果。

劉慶峰介紹：“在工業(yè)領(lǐng)域，我們利用這項技術(shù)可以在上百米的距離判斷是否出現(xiàn)氣體泄漏，目前已在石化領(lǐng)域得到應(yīng)用；在消費側(cè)，導(dǎo)航軟件得以通過少量的樣本學(xué)習(xí)來‘捕捉’人物韻律和音色特點，進而合成個性化語音?！?/p>

在多語種智能系統(tǒng)構(gòu)建過程中，語料匱乏、數(shù)據(jù)稀缺也是一大障礙。劉慶峰帶領(lǐng)團隊從底層入手，設(shè)計出全新的多語種通用音素體系和基本語言單元，顯著提升了小語種語音系統(tǒng)的性能?！澳壳埃覀兊亩嗾Z種智能語音技術(shù)已經(jīng)能實現(xiàn)69個小語種的能聽會說?！笨拼笥嶏w研究院院長劉聰說。

深層次語義理解是人機交互場景對語音技術(shù)更高的要求?！斑^去我們要先把語音識別成文字，經(jīng)過翻譯，再把它讀出來，這是一個個分離的過程，也會造成不少歧義。”劉慶峰解釋，“現(xiàn)在，我們通過語音語義聯(lián)合建模，使歧義大幅減少，還能把一些專業(yè)性的知識融入其中，有效提升了語音交互、語音翻譯等場景下語義理解的準確率?！?/p>

該項目還建立了自主可控的智能語音技術(shù)體系和產(chǎn)業(yè)生態(tài)。智能翻譯每年提供服務(wù)51.5億次，語音同傳服務(wù)全球50余個國家超4億觀眾。項目支持各主流手機廠商累計激活設(shè)備超10億臺，車載智能化產(chǎn)品累計前裝超5300萬套，開創(chuàng)了翻譯機、智能錄音筆等智能硬件新品類，輸入法語音每天交互次數(shù)超10億次?？拼笥嶏w還承建了國家新一代人工智能開放創(chuàng)新平臺，已聚集實名認證開發(fā)者700.7萬人。

“雖然取得了一些成績，但語音技術(shù)還有巨大發(fā)展空間，我們還在持續(xù)向前探索?！眲c峰表示，在人工智能大模型等技術(shù)飛速發(fā)展的今天，團隊將在源頭技術(shù)研發(fā)、生態(tài)構(gòu)建、產(chǎn)業(yè)應(yīng)用落地方面繼續(xù)努力，持之以恒推動人工智能技術(shù)和產(chǎn)業(yè)向前發(fā)展。

來源：人民日報