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星光 | 江苏四位科技专家捧得“中国工程界最高奖项” 工程科技,用创新改变世界
2020/11/10 21:19  新华报业网  

  交汇点讯 被誉为“中国工程界最高奖项”的第十三届光华工程科技奖11月8日在北京颁奖,40位科学家和1个团队荣获第十三届光华工程科技奖,江苏有四名科学家获此殊荣。

  “光华工程科技奖”由中国工程院发起,每两年颁发一次。今年,全国范围内共产生了296名有效候选人,核动力专家、中国工程院院士彭士禄获得光华工程科技成就奖,新增设的光华工程科技特别贡献奖颁发给了为抗疫作出重大贡献的中国工程院医药卫生学部,另有39位专家因在各自领域取得突出成绩而荣膺光华工程科技奖。源于生活需要,又归于生活之中,工程科技是改变世界的重要力量,记者走近四位工程领域的科技专家,了解工程科学背后的故事。

  沈其荣:解密土壤生命的密码

  如何把生机还给土壤?如何让农民能像施用化肥那样容易地施用有机(类)肥料,让农村富有而文明?这是第十三届光华工程科技奖获奖者、南京农业大学资源与环境科学学院教授沈其荣钻研了40多年的事——将传统的农家肥资源研发成商品有机肥,让农民能够像施用化肥那样方便地施用有机肥,这一方面能有效抑制土壤酸化和调控土壤微生物区系,另一方面能大量消纳农业废弃物,消除农村环境污染隐患。

  “关键的科学问题就是解密土壤生命的密码。”对由他提出和其团队实施的“调控土壤微生物区系”新思路,沈其荣做了这样的生动解释,“我们研发的这种肥料,一方面让土壤中现有的好的微生物生长得更快,另外一方面想办法引进土壤中缺乏的其他好的微生物,既给它们‘启动费’‘住房’,还给它们解决‘老婆工作、孩子上学’问题(相伴微生物),让它们进入土壤后能够如鱼得水,全身心地投入培肥土壤的工作。”

  1992年,沈其荣的“优质有机肥堆制过程中的生物化学特征研究”项目被国家自然科学基金委选中,有机肥研究领域进入国家视野。当时作为面上项目,20万经费已然不少,但是对于规模化的“堆肥”的需要,还是颇为紧张。

  为了节省经费,沈其荣继续在自己的实验室做堆肥,每天上班第一件事就是关紧门窗,以免堆肥的味道影响其他老师,“每次从实验室回家,夫人在门口做的第一件事就是把衣服递给我,换了再进屋里。”3年的国家基金项目,沈其荣获得了不同原料堆肥的菌种,这个实验室也成了中国有机肥产业发展最起初的发源地。

  “学农人都知道农业生产周期长,而有机肥专家更知道,有机肥只能培肥土壤,对当季作物的增产效果不明显。”沈其荣又开始思考如何研制更好的产品,提高农民施用有机肥的积极性。这时候,正赶上国家对农业科技的大规模投入,他带领团队在科技部和农业部的专项资助下,建立了生物有机肥制造新工艺,筛选出对作物生长具有显著作用的细菌,并建立了生物肥的新的发酵工艺,使得新型有机肥里含有更多对农作物生长有益的“益生菌”,让庄稼长得快、长得好,还不生病。这个成果不仅广受农民欢迎,还荣获国家技术发明二等奖。

  “其实在我们‘土肥’(土壤有机肥料研究)人眼里,没有真正的‘废物’,什么都想拿来循环利用,变废为宝。”从这个愿望和思路出发,近几年,沈其荣的团队又在利用病死畜禽酸解获得的氨基酸和作物秸秆研制木霉全元生物有机肥方面取得了重要进展。“经过长达7年的技术攻关,让木霉真菌在一个敞开的空间、且基质材料无需灭菌条件下进行生长和产孢,这个发明是同年内最具创新点的发明专利之一。”

  不仅解决了什么是农作物“益生菌”的科学问题,还能解决如何大规模生产的技术问题。如今,木霉固体菌种制造技术和秸秆快速腐熟堆肥技术的突破已经为木霉全元生物有机肥产业发展做好了技术储备,20多家大型企业在转化相关技术,利用农作物秸秆、芦蒿秆、中药渣、树枝落叶等原料快速制造腐熟堆肥的大规模产业化景象,在南京八卦洲等地推广开来。可以预见,未来的美丽乡村,没有废弃物、土壤酸化被止住、土壤肥力持续提高、农产品又香又甜的梦想,就要变成现实。

  胡亚安:为内河水运铸大国重器

  2016年12月18日上午,云南景洪水电站迎来了第一艘社会船舶,沿景洪水电站升船机下游引航道缓缓驶入升船机承船厢,上行后与上游水位成功对接,随后船只解缆驶出承船厢向上游思茅港驶去。

  整个提升过程用时仅17分钟,客船如同坐“电梯”般被提升了60多米。这项魔术一样的技术“水力驱动式新型升船机”,背后凝结了第十三届光华工程科技奖获奖者、水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院教授级高工胡亚安历时15年的不辍努力。

  这是中国水电百年来第一项完全自主的原创性整体技术,在升船机建设史也是世界首创,极大地推进了世界升船机技术的进步和发展,中断12年的全长350公里的澜沧江-湄公河航道因此恢复了全程通航。

  相比普通载人电梯,载船“电梯”更为复杂艰巨。在升船机升降过程,船厢提升的荷载重量在3000吨到1.6万吨之间,提升的高度通常达几十层楼房高。普通载人电梯尚且面临踏空、下坠等故障,载船“电梯”更不容有失,如果船厢门和“电梯”门错位内外水相互流动,会带来安全风险。

  过去的电动升船机使用的是国外的理念和技术,因此,从工程设计、建设到运行,水力升船机没有任何经验可循。系统总体构架,设计理论方法,安全保障机制……每一项都是从无到有,胡亚安从2001年开始科研攻关,突破了水力驱动式这种全新的升船机一系列关键技术难题。

  创新的征程险阻且漫长,这是胡亚安多年来刻苦攻关的真实写照。

  2002年9月到2003年6月,三峡工程永久船闸进入最后调试攻坚阶段,还是青年的胡亚安驻守在三峡工地,是三峡北线船闸水力学问题现场调试负责人。他每天生活在大坝底下90米深的空间里,相当于30层楼梯,大半年来,他每天只能徒手攀梯,上上下下。吃饭都是从上面拴条绳子,吊下来。白天做完了试验大家休息了,胡亚安在夜深人静的时候还要把白天做的实验资料分析整理出来,写出简报,为第二天调试试验提出建议。通过1年多现场工作,船闸调试中存在的多项关键技术问题得到了解决,比如,闸门开启时,因水流惯性作用形成的反向水头造成船舶断缆情况,以及船闸阀门操作方式等,为三峡船闸2003年6月18日试通航作出了重要贡献。

  在三峡升船机试通航实验中,为了等待客船进行过升船机性能实验,胡亚安带领团队连续工作36小时。客船半夜三点钟才到,一下客大家要将仪器搬上去,连续24小时在客船上没睡觉,完成实验。超负荷的工作没有压垮他,时常长达数月的封闭式工作也没有让他感到枯燥,“看到科研指标的每一点进步,看到目标的步步接近,那是什么奖励,什么享受都无法比拟的。”

  专注内河水运工程领域30多年,胡亚安攻破了一项项世界级科技难题。他建立非恒定流减压试验理论和方法,独创阀门分级防空化技术体系,提出船闸安全高效输水新技术,攻克了高水头船闸水力安全与能力提升重大技术难题;发展了升船机水动力学基本理论,攻克了不同类型升船机运行安全保障技术难题,突破了制约升船机发展的技术瓶颈;攻克了世界首创、中国原创的水力驱动式升船机水力同步、船厢稳定、精确控制等一系列核心技术,成果在长江三峡等60多座国家高等级航道网大型工程中得到成功应用,取得显著的经济和社会效益,在高坝通航船闸水力学与升船机运行安全保障技术方面作出了创造性贡献。

  周明国:用科技保障粮食安全与食品安全

  “小时候对温饱的渴望已经深深地印刻在脑海里,以自己所学之长,为广大的人们温饱和健康努力工作,是我一名学农人的使命。”第十三届光华工程科技奖获奖者、南京农业大学植物保护学院教授周明国说。

  上世纪70年代中期,一场突如其来的小麦赤霉病害席卷长江中下游和淮河流域,导致小麦产量重大损失。“我的家人当时吃了自己种的小麦都会莫名其妙地呕吐。”时隔40多年,周明国依然对当时小麦赤霉病对产量和人的健康危害记忆犹新。1977年恢复高考他报考了南京农学院(现南京农业大学)植物保护学专业,4年后以优异的成绩毕业并留校工作。从那时起,他就开始了病害防控和杀菌剂研究,誓与重大农作物流行性病害作斗争,保卫农民的劳动成果。

  周明国带领团队研究发现,一种叫做“禾谷镰刀菌”的微小生物,不仅可以引起小麦赤霉病,导致严重减产,而且还在麦粒里产生毒素,导致食用的人畜中毒,常常引起呕吐、流产和免疫力下降,危害健康。同时,这种病菌来源广,防不胜防。他们通过多年研究终于摸清了这些病原菌的群体发展和流行规律,掌握了致病机理,研发和推广应用了以杀菌剂进行防治的主要方法。

  周明国团队进一步研究发现,引起水稻恶苗病、水果和蔬菜灰霉病、菌核病的病菌也和引起赤霉病的镰刀菌一样,特别容易变异,对常用的多种杀菌剂产生抗药性。农民担心防治失效,常常恐慌性地把多种农药混合在一起使用和加大用量使用,结果不仅不能提高防治效果,而且还会引起农药残留,危害环境。特别有些病菌对多菌灵产生抗药性以后,还产生更多的真菌毒素,威胁食品安全。他们在搞清楚病菌产生抗药性和增加毒素污染的遗传变异机制以后,突破了抗药性快速诊断的技术障碍,建立了早期预警技术体系,并研发了“浸种灵”、“戊福”、“氰烯菌酯”等10多种防治抗药性病害的新技术,有效控制了水稻恶苗病、小麦赤霉病和果蔬作物重大病害的流行危害。

  随着现代科学技术的发展,人类研发了许多高效、安全的杀菌剂,消灭了因病害流行、粮食失收所引起的人类饥荒。然而,人们一直未能研究出安全、高效防控镰刀菌病害的杀菌剂,控制镰刀菌毒素对人类健康的威胁更是世界难题。镰刀菌病害就像悬在人们头上的一把达摩克利斯利剑,时常威胁着粮食生产安全和食品安全。

  “研发专门对付镰刀菌的‘新武器’,解除植物病原镰刀菌对粮食生产和食品安全的威胁”是周明国团队的重点研究内容。他们通过20多年系统研究发现了镰刀菌不同于其他病菌的遗传进化,找到了多菌灵等杀菌剂对镰刀菌效果差的原因,参与江苏农药研究所创制了只对稻、麦镰刀菌病害有效,对其他微生物、植物和动物特别安全的新武器“氰烯菌酯”,并且发现这种杀菌剂还能够破坏真菌细胞内合成毒素的工厂,减少小麦谷粒中90%的镰刀菌毒素污染。

  为了推动与氰烯菌酯功能相似、活性更高、安全性更好的新一代靶向杀菌剂发展和高效应用,周明国带领团队研究发现了杀菌剂极其重要的新靶标——肌球蛋白-5和丝束蛋白。“这是杀菌剂发展史上首次发现的具有马达功能、在生命体活动中不可或缺的生物大分子,肌球蛋白和丝束蛋白已被国际杀菌剂抗性行动委员会(FRAC)专家组认定为全新的选择性杀菌剂新靶标”,周明国介绍说。

  在重大农作物病害防控,保障粮食安全和食品安全方面的科研成果,周明国先后2次以第1完成人和1次第3完成人获得国家科技进步二等奖,最近还获得江苏省专利发明人奖等。

  瞄准科学发展趋势,周明国团队又开始了靶向杀菌剂研究。在他的带领下,该团队的张峰教授等最近在世界上首次解析了植物病原真菌肌球蛋白、微管蛋白等重要药靶蛋白的三维结构,探明了杀菌剂选择性的遗传基础及其分化规律,发现了杀菌剂可以攻击靶标蛋白或靶标基因的致命“软肋”,获得了药剂攻击的关键位点技术参数,制定了突破靶向杀菌剂发展技术障碍的解决方案。周明国说他们团队希望在新一代颠覆性的靶向农药发展中有所作为。

  肖伟:推动中药制药现代化

  中药具有独特的临床优势和特点,但同时其“传承不足,创新不够,作用发挥不充分”等问题也一直困扰着临床。十三届光华工程科技奖获奖者、江苏康缘药业股份有限公司董事长、研究员肖伟以中药制药学为方向,深耕中药新药创制、制药工程技术,并做出了创造性贡献。

  早在上世纪90年代肖伟就提出,将中医药理论与现代科技结合,通过系统辨识中药药效、阐释其整合的调节机制、明确其临床特色与优势,研发、制造中西医学均认同的创新中药,并在上市后持续开展临床再评价,证明其临床价值。去年,江苏康缘药业股份有限公司科研成果“银杏二萜内酯强效应组合物的发明及制备关键技术与应用”项目,荣获国家技术发明二等奖,肖伟是第一完成人。

  长期以来,银杏叶中的二萜内酯类被公认是强效的天然血小板活化因子受体拮抗剂,自上世纪90年代以来,已在全球范围开展了深入研究和新药研发,但一直未有银杏二萜内酯类药物研发上市。肖伟带领康缘药业等单位科研人员组成的项目组,历时20余年,研发上市了第一个基于PAFR靶点的新药——银杏二萜内酯葡胺注射液。该项目从银杏叶中发现新化合物银杏内酯K,发明了银杏内酯A、B、K组合抗缺血性脑卒中作用最佳的比例范围和制备方法(总含量≥98%),为缺血性脑卒中治疗提供了同时具有抗血小板和神经保护作用、且出血风险低的创新药物。

  该项目获奖,对中药有效部位新药的研制和基于靶点的中药新药创制具有示范意义。肖伟表示,将带领团队持续加大新药研发投入,不断增强科技创新能力,加快推进创新成果产业化,为百姓研发生产更多精品药。

  中药现代化是国际化的基础,肖伟认为,用现代科学技术对传统中药和中药产业进行现代化的改造是我们目前最迫切需要解决的问题,一个药品只有符合“安全、有效、质量均一”这三点,才能在全球得到认同。他以正在开展国际化研究的桂枝茯苓胶囊为例介绍,团队建立了一套高效的中药功效成分发现和机制研究的方法体系,进而建立了基于功效成分的全过程工艺和质量控制体系,解决了中成药质量“控什么、控多少、怎么控”的关键科学难题,保障了中成药质量均一和疗效稳定,实现了中成药科学内涵的提升。

  “今年,我们将继续坚持创新驱动,布局储备不同研究阶段的新产品,完成5-8个中药、化药新药申报新药临床研究、申报NMPA新药证书及生产批件等,完成12个左右新药的阶段性临床研究目标。”肖伟表示,当前,康缘正下大力度突破中药智能制造关键瓶颈,设计建成我国第一个中药智能生产工厂,推动中药工业向中国制造2025转型升级。据悉,整个中药智能化固体制剂工厂围绕中药胶囊剂、片剂、颗粒剂、软胶囊等剂型的工艺、质量、产能需求进行设计,结合新型节能高效自动化装备,开展中药提取精制生产全过程质量控制技术研究并实现产业化,将有效推动国内中药制药由传统制药向智能制药迈进。

  交汇点记者 王拓 杨频萍 王梦然

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责编:周莉娜

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