1 異源四倍體野生稻快速馴化獲突破

一株自生自滅的野生稻成為農(nóng)民手中的糧食，需要7000年到1萬年的馴化。而中國科學(xué)院種子創(chuàng)新研究院/遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所李家洋院士團(tuán)隊在全球首次提出異源四倍體野生稻快速從頭馴化的新策略，可能將這個馴化過程縮短到幾十年，甚至更短。研究成果2月4日發(fā)表于《細(xì)胞》雜志。

當(dāng)前，田間的栽培稻由“祖先”二倍體野生稻經(jīng)過數(shù)千年的人工馴化而來，馴化過程在改良其重要農(nóng)藝性狀的同時，也造成了遺傳多樣性的大量減少、優(yōu)勢基因資源的缺失。

除了二倍體栽培稻，稻屬還有其他25種野生植物，按照基因組特征又可以分成11類，包括6類二倍體基因組和5類四倍體基因組。其中，異源四倍體野生稻具有生物量大、自帶雜種優(yōu)勢、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等特點，但同時也具有非馴化特征，無法進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

為攻克培養(yǎng)多倍體水稻新作物的難題，研究人員首次提出異源四倍體野生稻快速從頭馴化的新策略。按照這條技術(shù)路線，他們成功創(chuàng)制落粒性降低、芒長變短、株高降低、粒長變長、莖稈變粗、抽穗時間不同程度縮短的各種基因組編輯異源四倍體野生稻材料。這項研究開辟了全新的作物育種方向，是該領(lǐng)域的一項重大突破性進(jìn)展。

2 “祖沖之號”“九章二號”量子計算原型機(jī)研制成功

5月8日，中科大團(tuán)隊制造的“祖沖之號”，打破了量子計算機(jī)最大量子比特數(shù)的世界紀(jì)錄。它以一個62比特的超導(dǎo)量子計算原型機(jī)，實現(xiàn)了可編程的二維量子行走。10月，它又升級到了“祖沖之二號”，可以操縱66個比特。

10月，中國科大、中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)所等構(gòu)建了113個光子的“九章二號”，處理“高斯玻色取樣”速度比目前最快的超級計算機(jī)快1024倍，進(jìn)一步提供了量子計算加速的實驗證據(jù)。這也標(biāo)志著我國成為目前唯一同時在兩種物理體系都實現(xiàn)“量子優(yōu)越性”的國家。

實現(xiàn)用光量子作為計算載體，要攻克諸多難關(guān)，包括制造高品質(zhì)光子源、實現(xiàn)高精度鎖相和規(guī)?；缮娴鹊?。比如說，光子源每次只放出1個光子，且每個光子一模一樣，這是巨大挑戰(zhàn)。同時，鎖相的精度相當(dāng)于100公里距離的傳輸誤差不能超過一根頭發(fā)直徑。高品質(zhì)的光量子比特和邏輯器件，維持不了100毫秒，就要抓住這一瞬間讓量子計算機(jī)完成任務(wù)。相關(guān)技術(shù)要達(dá)到操縱光的極致。

近年來，中國在量子科技領(lǐng)域取得了諸多世界第一。中國科學(xué)家正在進(jìn)一步提高量子計算機(jī)的穩(wěn)定性和糾錯能力，讓量子計算機(jī)在物理和化學(xué)仿真、分子模擬構(gòu)建、人工智能等方面大顯身手。

3 我國首次火星探測任務(wù)天問一號著陸火星

歷經(jīng)9個多月的長途跋涉，經(jīng)歷了驚心動魄的火星著陸“黑色九分鐘”，5月15日，我國首次火星探測任務(wù)天問一號探測器在火星烏托邦平原南部預(yù)選著陸區(qū)著陸，在火星上首次留下中國人的印跡，邁出了我國星際探測征程的重要一步。

6月11日，國家航天局舉行天問一號探測器著陸火星首批科學(xué)影像圖揭幕儀式，公布了由“祝融號”火星車拍攝的影像圖。首批科學(xué)影像圖的發(fā)布，標(biāo)志著我國首次火星探測任務(wù)取得圓滿成功。

我國首次火星探測任務(wù)于2016年立項，計劃通過一次任務(wù)實現(xiàn)火星環(huán)繞、著陸和巡視探測，其科學(xué)目標(biāo)主要是實現(xiàn)對火星形貌與地質(zhì)構(gòu)造特征、火星表面土壤特征與水冰分布、火星表面物質(zhì)組成、火星大氣電離層及表面氣候與環(huán)境特征、火星物理場與內(nèi)部結(jié)構(gòu)等研究。

天問一號探測器于2020年7月23日在海南文昌由長征五號運載火箭成功發(fā)射，2021年2月10日成功實施火星捕獲，成為我國第一顆人造火星衛(wèi)星，2月24日探測器進(jìn)入火星停泊軌道，開展了為期約3個月的環(huán)繞探測，為順利著陸火星奠定了基礎(chǔ)。

天問一號探測器成功著陸火星，是我國首次實現(xiàn)地外行星著陸，使我國成為第二個成功著陸火星的國家。

4 “拉索”發(fā)現(xiàn)迄今最高能量光子

5月17日，《自然》發(fā)表的一項最新成果，改變了人們對銀河系的傳統(tǒng)認(rèn)知：位于四川稻城的高海拔宇宙線觀測站“拉索”（LHAASO）在銀河系內(nèi)發(fā)現(xiàn)2個能量超過1拍電子伏特（PeV，1000萬億電子伏特）的光子，這2個超高能光子分別來自天鵝座和蟹狀星云，其中1個光子能量高達(dá)1.4PeV。

“這是人類迄今觀測到的最高能量光子，突破了人類對銀河系粒子加速的傳統(tǒng)認(rèn)知，開啟了超高能伽馬天文學(xué)的時代。”中科院高能所研究員、“拉索”首席科學(xué)家曹臻說。

此前，銀河系內(nèi)的宇宙線加速源存在能量極限是個“常識”，過去預(yù)言的極限就在1PeV附近，導(dǎo)致伽馬射線能譜在0.1PeV以上有“截斷”現(xiàn)象。“拉索”的發(fā)現(xiàn)完全突破了這個“極限”，確定了銀河系廣泛存在的天然高能加速器，可以把宇宙線加速超過PeV，甚至于10PeV以上。

7月9日，《科學(xué)》報道“拉索”精確測量了高能天文學(xué)標(biāo)準(zhǔn)燭光的亮度。科學(xué)家們確認(rèn)，這個標(biāo)準(zhǔn)燭光就是由宋朝記錄的“天關(guān)客星”經(jīng)千年演化形成的著名天體——蟹狀星云。“拉索”測量了標(biāo)準(zhǔn)燭光在2400倍的能量范圍內(nèi)的亮度，尤其是在能量最高的超高能伽馬波段測定了新標(biāo)準(zhǔn)。

5 神舟兩次成功發(fā)射中國人長期駐守太空

仰望冬夜，常能看到一枚亮星劃過中天。那是每90分鐘繞地球一圈的“天宮”，還有三位堅守崗位的中華兒女。

6月17日，神舟十二號載人航天飛船成功發(fā)射，并與天和核心艙成功完成對接。9月17日三位宇航員回到地球。10月16日，神舟十三號將另外三名航天員送上太空，他們要駐留半年，這也是空間站航天員乘組一般的駐留周期。這意味著，中國的載人航天邁過試驗階段，實現(xiàn)太空往返常態(tài)化。中國的空間站即將成為人類探索宇宙的主力陣地。

還記得幾十年前，美國拒絕中國人參與國際空間站；如今，中國白手起家，建成了自己的空間站，三年后還將成為人類唯一的太空前哨。天宮的存在，讓十幾個國家向中國提出申請，合作探索外太空。天宮驕傲地宣示地球人的智慧和力量。

最近兩年，航天事業(yè)捷報頻傳，北斗組網(wǎng)，火星探索，空間站常駐，緊鑼密鼓，目不暇接，離不開中國航天人數(shù)十年如一日的奮斗和登攀。今年兩艘神舟飛船成功執(zhí)行任務(wù)，更讓許多年輕人熱血沸騰，拍手叫好，就像有網(wǎng)友的留言“只想大呼666！”大家期待天宮一號上誕生更多科學(xué)成果，更多有趣的探索，書寫更輝煌的中國故事。

6 金沙江白鶴灘水電站投產(chǎn)發(fā)電

世界第二大水電站，開始工作了！6月28日，白鶴灘水電站首批機(jī)組正式投產(chǎn)發(fā)電。白鶴灘水電站位于云南和四川交界的金沙江干流上，是當(dāng)今世界在建的規(guī)模最大、難度最高的水電工程。它的最大壩高289米，排名世界第三；總裝機(jī)容量達(dá)1600萬千瓦，僅次于三峽水電站。

白鶴灘水電站擁有16臺世界最大的100萬千瓦水輪發(fā)電機(jī)，全部實現(xiàn)國產(chǎn)化。12月19日，最后一臺機(jī)組發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)輪完成吊裝。轉(zhuǎn)輪被稱為水輪發(fā)電機(jī)組的“心臟”，過流能力、水力效率及運行穩(wěn)定度能看出技術(shù)高低。重達(dá)338.2噸的9號機(jī)組轉(zhuǎn)輪創(chuàng)新性采用15個長葉片和15個短葉片相結(jié)合，達(dá)到各方面的最優(yōu)。

白鶴灘大壩的總庫容和防洪庫容，均為金沙江下游4個梯級電站中最大，可提高宜賓、瀘州、重慶的防洪標(biāo)準(zhǔn)，并支援三峽以下長江各城市防洪。它還可以實現(xiàn)枯水期均勻下泄，讓下游原本半年不能通航的江段，全年都能通航。

習(xí)近平總書記為此致賀信指出：“白鶴灘水電站是實施西電東送的國家重大工程，是當(dāng)今世界在建規(guī)模最大、技術(shù)難度最高的水電工程。全球單機(jī)容量最大功率百萬千瓦水輪發(fā)電機(jī)組，實現(xiàn)了我國高端裝備制造的重大突破。”

7全球第一臺！我國“華龍一號”核電機(jī)組投入商運

1月30日在福建省福清市拍攝的中核集團(tuán)福清核電有限公司（無人機(jī)照片）。中核集團(tuán)1月30日宣布，全球第一臺“華龍一號”核電機(jī)組福建福清核電5號機(jī)組已完成滿功率連續(xù)運行考核，投入商業(yè)運行。 新華社記者 林善傳攝

中核集團(tuán)30日宣布，全球第一臺“華龍一號”核電機(jī)組福建福清核電5號機(jī)組已完成滿功率連續(xù)運行考核，投入商業(yè)運行。

“這標(biāo)志著我國在三代核電技術(shù)領(lǐng)域躋身世界前列。”中核集團(tuán)黨組書記、董事長余劍鋒說，“中國成為繼美國、法國、俄羅斯等國家之后真正掌握自主三代核電技術(shù)的國家。”

“‘華龍一號’全球首堆的商運，對優(yōu)化中國能源結(jié)構(gòu)、推動綠色低碳發(fā)展，助力碳達(dá)峰、實現(xiàn)碳中和目標(biāo)具有重要意義。”余劍鋒說。

他表示，作為我國核電走向世界的“國家名片”，“華龍一號”是當(dāng)前世界核電市場上接受度最高的三代核電機(jī)型之一。首堆投入商運為“華龍一號”的批量化建設(shè)和走向世界奠定了堅實基礎(chǔ)。

8 首次實現(xiàn)淀粉全人工合成

以二氧化碳為原料，不依賴植物光合作用，直接人工合成淀粉——看似科幻的一幕，在實驗室里真實地發(fā)生了。

中科院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所研究人員提出了一種顛覆性的淀粉制備方法，不依賴植物光合作用，以二氧化碳、電解產(chǎn)生的氫氣為原料，成功生產(chǎn)出淀粉，國際上首次在實驗室實現(xiàn)了二氧化碳到淀粉的從頭合成，使淀粉生產(chǎn)從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)種植模式向工業(yè)車間生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變成為可能，取得原創(chuàng)性突破。相關(guān)研究成果9月24日在線發(fā)表于《科學(xué)》雜志。

“長期以來，科研人員一直在努力改進(jìn)光合作用這一生命過程，希望提高二氧化碳的轉(zhuǎn)化速率和光能的利用效率，最終提升淀粉的生產(chǎn)效率。”論文通訊作者、中科院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所所長馬延和直言。

為解決這一難題，天津工業(yè)生物技術(shù)研究所研究人員從頭設(shè)計了11步主反應(yīng)的非自然二氧化碳固定與人工合成淀粉新途徑，在實驗室中首次實現(xiàn)了從二氧化碳到淀粉分子的全合成。

這一合成生物學(xué)領(lǐng)域重大原創(chuàng)突破，有望對糧食生產(chǎn)產(chǎn)生革命性影響，對生物制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有里程碑意義。

9 凱勒幾何兩大核心猜想被證明

11月初，媒體報道，《美國數(shù)學(xué)會雜志》發(fā)表了中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)幾何物理中心創(chuàng)始主任陳秀雄教授與合作者程經(jīng)睿在偏微分方程和復(fù)幾何領(lǐng)域取得的“里程碑式結(jié)果”。

他們解出了一個四階完全非線性橢圓方程，成功證明了“強(qiáng)制性猜想”和“測地穩(wěn)定性猜想”這兩個國際數(shù)學(xué)界60多年懸而未決的核心猜想，解決了若干有關(guān)凱勒流形上常標(biāo)量曲率度量和卡拉比極值度量的著名問題。

凱勒流形上常標(biāo)量曲率度量的存在性，是過去60多年來幾何中的核心問題之一。關(guān)于其存在性，有三個著名猜想——穩(wěn)定性猜想、強(qiáng)制性猜想和測地穩(wěn)定性猜想。經(jīng)過近20年眾多著名數(shù)學(xué)家的工作，強(qiáng)制性猜想和測地穩(wěn)定性猜想中的必要性已變得完全清晰，但其充分性的證明在陳-程的工作之前被認(rèn)為遙不可及。

求出一類四階完全非線性橢圓方程的解，就能證明常標(biāo)量曲率度量的存在性。陳-程的工作恰恰就是在K—能量強(qiáng)制性或測地穩(wěn)定性的假設(shè)下，證明了這類方程解的存在。這類方程的研究極為困難，此前，對此類方程幾乎沒有合適的處理工具。陳-程最重要的突破是給出了這類方程的先驗估計以及成功實現(xiàn)了陳秀雄提出的新的連續(xù)參數(shù)的策略。

10 我國首個抗新冠病毒特效藥獲批上市

12月8日，國家藥品監(jiān)督管理局宣布，應(yīng)急批準(zhǔn)騰盛華創(chuàng)醫(yī)藥技術(shù)公司的新冠病毒中和抗體聯(lián)合治療藥物安巴韋單抗注射液及羅米司韋單抗注射液注冊申請。這是我國首個獲批的自主知識產(chǎn)權(quán)新冠病毒中和抗體聯(lián)合治療藥物。

此獲批標(biāo)志著中國擁有了首個全自主研發(fā)并經(jīng)過嚴(yán)格隨機(jī)、雙盲、安慰劑對照研究證明有效的抗新冠病毒特效藥。

這款藥物的用途包括：接種了疫苗也產(chǎn)生不了中和抗體的人，比如一些老年人和免疫低下群體；感染了繞過疫苗的新突變毒株的病人；需要預(yù)防的密接人群。

安巴韋單抗和羅米司韋單抗聯(lián)合療法在實驗中有非常好的表現(xiàn)。與安慰劑相比，國產(chǎn)新藥治療能將中輕度新冠患者轉(zhuǎn)為重癥和死亡的風(fēng)險降低80%。國產(chǎn)新藥設(shè)計之初就考慮到了應(yīng)對新冠變異株的有效性問題，這一對抗體最大可能地避免了變異株對中和抗體的逃逸。

今年，科技抗疫支撐保障了中國經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)運行。全國科研精銳力量聚焦疫苗、藥物、檢測試劑等5大方向持續(xù)開展應(yīng)急攻關(guān)，為常態(tài)化疫情防控、保障經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)運行提供了“硬核科技力量”。科技保駕護(hù)航，戰(zhàn)疫更有底氣！