趙國屏

中國科學院院士

中國科學院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心合成生物學重點實驗室專家委員會主任

在生物研究中，基于理性設計原理和合成構(gòu)建技術的“設計—合成—測試—學習”研究循環(huán)，往往速度慢、效率低，且高度依賴于昂貴的人力成本。所以，自動化、高通量的設備平臺和標準化的實驗方法、算法和流程，將是未來的合成生物學不可或缺的一部分。比如，2020年發(fā)表于《自然》雜志的“人工智能機器人化學家”就屬于此類技術進化的應用典范。

基于此，我們提出，要建設理論（理性設計）、技術（合成能力）、工程（自動化平臺）三者相輔相成的合成生物學體系，進而以此推動合成生物學研究由定性、描述性、局部性向定量、理論化和整體化的變革。

具體而言，首先，要在分子到亞細胞（細胞器）再到細胞的“涌現(xiàn)”層次上發(fā)展定量合成生物學，包括定量描述和預測基因回路與細胞行為，發(fā)展生命體系定量理解與理性設計的基礎理論框架，建立復雜生物系統(tǒng)的設計理論、從頭設計原則和數(shù)學模型，探索生命體維系運轉(zhuǎn)的基本規(guī)律。

其次，要大力發(fā)展使能技術，進而提升大片段DNA合成、基因組組裝、生物原件功能設計與定向進化、基因回路設計、自動化建模及仿真測試能力。

其三，要建設自動化、高通量的構(gòu)建平臺，發(fā)展高通量、數(shù)字化、標準化的設計、合成、測試技術體系。

其四，要發(fā)展相應的機器學習能力，包括硬件和軟件能力，特別要做好數(shù)據(jù)標準化，以及整合交互使用與知識圖譜構(gòu)建的基礎性工作。

陳仙輝

中國科學院院士

中國科學技術大學教授

材料是所有制造業(yè)和核心器件的基礎和高技術支撐，新材料的發(fā)現(xiàn)將推動科學發(fā)現(xiàn)和技術進步，改變?nèi)祟愇拿?。當前摩爾定律效力受到挑?zhàn)，新一代半導體材料如何發(fā)展是科學發(fā)展應該要解決的問題。超導體作為一項重要的量子材料，具備零電阻、完全抗磁性等特征，有望發(fā)展出新一代低功耗信息技術。超導體已在4個方向表現(xiàn)出重要應用前景：

超導成為醫(yī)學發(fā)展的重要技術支撐。超高場磁共振成像磁體在腦科學研究、早期腦部疾病、早期心臟疾病、早期癌癥診斷等領域獲得廣泛應用。

超導磁體成為高能量粒子加速器的關鍵。新的高能量粒子加速器需要更高磁場的超導磁體，因為環(huán)形粒子加速器對撞能量等很多參數(shù)都與二極磁體場強成正比，而高溫超導材料是進一步提高場強、控制造價的唯一選擇。

超導集成電路將成為后摩爾信息技術的重要方向。當前，半導體集成電路已進入亞十納米技術節(jié)點，在速度、功耗與制造等方面都正遭遇發(fā)展瓶頸，基于超導邏輯和低溫存儲器的計算機可以解決功率、空間和冷卻等高性能計算問題。

室溫超導體成為超導領域物理學家們的最終理想。超導輸電、超導限流和大功率超導感應加熱等技術，能夠利用超導體高載流、低損耗特性實現(xiàn)節(jié)能降耗，尤其是超導輸電技術低壓大電流、傳輸損耗小、輸電走廊占地少的特征，對實現(xiàn)城市規(guī)劃及“雙碳”目標有重要作用。

鄂維南

中國科學院院士

北京大學、美國普林斯頓大學教授

科學研究有兩大基本目的：一是尋求基本規(guī)律，二是解決實際問題。在量子力學建立之時，狄拉克就預言：尋求基本規(guī)律的任務已大體完成，但因為其數(shù)學問題太復雜，用基本原理來解決實際問題非常困難。直到20世紀50年代電子計算機開始投入使用，以及微分方程數(shù)值方法的出現(xiàn)，人類才第一次大規(guī)模實現(xiàn)了從基本原理出發(fā)解決實際問題的能力，并由此構(gòu)建起了現(xiàn)代工業(yè)和技術賴以生存的基礎。

但很多問題依然非常難以求解，比方說各類多體問題，藥物和材料設計、蛋白質(zhì)折疊、湍流、塑性力學和非牛頓流體力學等。我從20世紀80年代開始研究算法，一直在嘗試解決這些問題。從2014年起，我就投身于機器學習與科學計算的結(jié)合。2020年，我們一個以年輕人為主力的團隊利用機器學習方法在量子力學精度的分子動力學模擬方面取得了重大突破，把可處理體系的規(guī)模從1000個原子提高到1億個原子，并因此獲得了2020年戈登貝爾獎。這是我們第一次看到機器學習、科學計算、高性能計算三大工具的結(jié)合所帶來的廣闊空間。AlphaFold?2的成功，更是讓我們看到了數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法所能帶來的革命性改變。

這個空間和改變給我們帶來的將是新的科學工具的發(fā)展和新的科研模式的構(gòu)建。它也將推動科學研究從小農(nóng)作坊模式轉(zhuǎn)變到大平臺模式，即由整個科學家群體共同努力構(gòu)建基礎模型、基礎算法和工具。這樣的大平臺將極大地提升整體科研的效率。

印遇龍

中國工程院院士

中國科學院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所研究員

民以食為天，豬糧安天下。習近平總書記指出，要大力推進生態(tài)文明建設，提供更多優(yōu)質(zhì)生態(tài)產(chǎn)品，不斷滿足人民群眾日益增長的優(yōu)美生態(tài)環(huán)境需要。當前，人民群眾對優(yōu)質(zhì)生態(tài)產(chǎn)品的需求日益增加，發(fā)展種養(yǎng)一體化功能農(nóng)業(yè)即建立一種生態(tài)、環(huán)保、循環(huán)可持續(xù)發(fā)展的農(nóng)牧業(yè)體系，可為消費者提供更多優(yōu)質(zhì)生態(tài)產(chǎn)品。

湖南是我國重要的農(nóng)產(chǎn)品、畜禽產(chǎn)品和中藥材生產(chǎn)基地，承擔著保障國家“糧豬安全”和“藥材第一車間”供給的重任，但當前仍存在種植與養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)失衡、土地生產(chǎn)力透支、畜禽糞污資源未得到充分利用、投入和激勵機制不暢、農(nóng)牧企業(yè)實力不強等問題。在新一輪農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)體系變革中，湖南省應進一步強化政策扶持，促進功能農(nóng)業(yè)、中醫(yī)農(nóng)業(yè)等發(fā)展，加快構(gòu)建種養(yǎng)一體化功能農(nóng)業(yè)體系。

養(yǎng)殖業(yè)在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中具有資源轉(zhuǎn)換和維持生態(tài)平衡的重要功能。種養(yǎng)脫節(jié)會導致化肥農(nóng)藥大量使用、水土污染嚴重、土壤板結(jié)、農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)下降;同時養(yǎng)殖業(yè)糞污處理成本高，養(yǎng)殖場周邊環(huán)境問題嚴峻。為此建議：一是完善環(huán)保監(jiān)督和服務機制，堅持糞污資源化利用的導向，鼓勵和培訓養(yǎng)殖戶運用現(xiàn)代生物技術處理農(nóng)業(yè)和生活廢棄物;二是加大“生物發(fā)酵技術”的科研資金投入和產(chǎn)業(yè)扶持力度;三是落地糞污資源就地高效循環(huán)利用等補助政策，引導能人回鄉(xiāng)、市民下鄉(xiāng)、鄉(xiāng)賢助鄉(xiāng)、企業(yè)興鄉(xiāng)。科

（資料來源于科學網(wǎng)。責編：張聞）