2019年度中国高等学校十大科技进展” 入选项目介绍 (按申报学校拼音顺序排序,排名不分先后) 、植物同种花粉优先的分子机理 遗传隔离是植物物种形成的先决条件,植物的遗传隔离受 到多种内在因子和环境因素的协同控制,而遗传隔离的分子调 控杋制是生物演化硏究领域的重要科学问题。“同种花粉优先” 就是一种可以产生遗传隔离的生物学现象,1859年达尔文在 其《物种起源》中亲自用实验验证了这种植物自身花粉能胜过 其他物种花粉“优先”进行受精的现象,但是160年过去了,人 们对这一现象的分子调控机制仍知之甚少 北京大学瞿礼嘉教授研究团队系统地开展了对模式植物 拟南芥有性生殖过程中小肽信号分子的功能研究,成功鉴定出 七个 AlLUrE1小肽信号分子及其受体PRK6参与植物同种花 粉优先过程的调控,揭示了它们控制的花粉管导向信号途径在 植物实现同种花粉优先过程中的演化生物学意义。同时,他们 还鉴定了另外一组没有种属特异性的花粉管吸引信号“绣球”, 建立了花粉管导向最终控制植物育性的新的分子模型,为克服 作物远缘种间障碍、促进杂交育种提供了新的理论依据 研究成果以研究长文形式发表在《科学》上,得到国内外 同行高度评价,被中国植物生理与分子生物学学会评选为 2014-2019年间十篇“优秀论文奖”之一,北京电视台、 INature 等科技媒体对其作了专题报道,标志着我国在植物生殖和演化 生物学领域取得了一个新突破
2019 年度“中国高等学校十大科技进展” 入选项目介绍 （按申报学校拼音顺序排序，排名不分先后） 一、植物同种花粉优先的分子机理 遗传隔离是植物物种形成的先决条件，植物的遗传隔离受 到多种内在因子和环境因素的协同控制，而遗传隔离的分子调 控机制是生物演化研究领域的重要科学问题。“同种花粉优先” 就是一种可以产生遗传隔离的生物学现象，1859 年达尔文在 其《物种起源》中亲自用实验验证了这种植物自身花粉能胜过 其他物种花粉“优先”进行受精的现象，但是 160 年过去了，人 们对这一现象的分子调控机制仍知之甚少。 北京大学瞿礼嘉教授研究团队系统地开展了对模式植物 拟南芥有性生殖过程中小肽信号分子的功能研究，成功鉴定出 七个 AtLURE1 小肽信号分子及其受体 PRK6 参与植物同种花 粉优先过程的调控，揭示了它们控制的花粉管导向信号途径在 植物实现同种花粉优先过程中的演化生物学意义。同时，他们 还鉴定了另外一组没有种属特异性的花粉管吸引信号“绣球”， 建立了花粉管导向最终控制植物育性的新的分子模型，为克服 作物远缘种间障碍、促进杂交育种提供了新的理论依据。 研究成果以研究长文形式发表在《科学》上，得到国内外 同行高度评价，被中国植物生理与分子生物学学会评选为 2014-2019 年间十篇“优秀论文奖”之一，北京电视台、iNature 等科技媒体对其作了专题报道，标志着我国在植物生殖和演化 生物学领域取得了一个新突破
图混合授粉竞争实验表明 AtlUREls可以增加自身花粉管的竞争力,优先受精 ●拟南芥d·琴叶拟南芥d .AtLURE1s Y AtPRK 花柱 拟南芥花粉管d 花柱道 拟南芥♀ 图小肽 atlUrels及其受体PRK6介导的同种花粉优先的分子调控模型
图 混合授粉竞争实验表明 AtLURE1s 可以增加自身花粉管的竞争力，优先受精 图 小肽 AtLURE1s 及其受体 PRK6 介导的同种花粉优先的分子调控模型
二、复杂机场高精度飞行校验技术及装备 高高原等复杂机场是我国战略利益拓展的重大基础设施。 高精度飞行校验是复杂机场开放和安全运行的前提,其核心技 术和装备长期被欧美封锁和垄断 北京航空航天大学张军院士团队在多个国家级项目资助 下,针对复杂机场存在的飞行窗口受限、可飞空域受限(“两 限”)和异常气象扰动、多电磁干扰(“两扰”)等问题,开展 技术创新:①发明了飞行校验异质信号的精细探测方法与装置, 解决了校验信号特征畸变、采集受扰条件下“精”细探测的难题; ②发明了空管设施性能的可信准确验证方法与装置,解决了校 验数据缺、测量参数偏条件下性能“准”确评估的难题;③发明 了新型高精度飞行校验系统,实现了校验设备的“优”化集成 通过了美国联邦航空局的适航认证,主要指标达国际领先水平 完成了北京大兴机场的投产校验,保障了机场的如期开航 和安全运行;参加了国际民航组织十年一次的飞行校验峰会, 展示了我国民航原创性技术实力;应用于中国民航所有机场, 完成了所有高高原机场的校验,保障了国家主权。取得显著经 济社会效益,使我国跨入飞行校验强国行列。申报2019年国 家技术发明一等奖,已通过国家科学技术奖励委员会审议
二、复杂机场高精度飞行校验技术及装备 高高原等复杂机场是我国战略利益拓展的重大基础设施。 高精度飞行校验是复杂机场开放和安全运行的前提，其核心技 术和装备长期被欧美封锁和垄断。 北京航空航天大学张军院士团队在多个国家级项目资助 下，针对复杂机场存在的飞行窗口受限、可飞空域受限（“两 限”）和异常气象扰动、多电磁干扰（“两扰”）等问题，开展 技术创新：①发明了飞行校验异质信号的精细探测方法与装置， 解决了校验信号特征畸变、采集受扰条件下“精”细探测的难题； ②发明了空管设施性能的可信准确验证方法与装置，解决了校 验数据缺、测量参数偏条件下性能“准”确评估的难题；③发明 了新型高精度飞行校验系统，实现了校验设备的“优”化集成， 通过了美国联邦航空局的适航认证，主要指标达国际领先水平。 完成了北京大兴机场的投产校验，保障了机场的如期开航 和安全运行；参加了国际民航组织十年一次的飞行校验峰会， 展示了我国民航原创性技术实力；应用于中国民航所有机场， 完成了所有高高原机场的校验，保障了国家主权。取得显著经 济社会效益，使我国跨入飞行校验强国行列。申报 2019 年国 家技术发明一等奖，已通过国家科学技术奖励委员会审议
图2018年12月10日甘孜格萨尔高原机场投产校验 图新型高精度飞行校验系统
图 2018 年 12 月 10 日甘孜格萨尔高原机场投产校验 图 新型高精度飞行校验系统
、高温超导中量子金属态的首次实验证实 量子材料及量子相变是本世纪凝聚态物理与材料领域的 研究热点。尽管实验上在各种二维超导体系发现了量子金属态 的可能存在的迹象,但受低临界温度的制约以及外界高频噪声 的影响,二维量子金属态的存在及其形成机制存在着巨大争议, 是三十多年来国际学术界一直悬而未决的重要物理问题。 电子科技大学李言荣院士团队和北京大学王健团队等首 次在高温超导纳米多孔薄膜中完全证实了量子金属态的存在 通过调节反应离子刻蚀的时间,在高温超导钇钡铜氧(YBCO) 多孔薄膜中实现了超导一量子金属一绝缘体相变。通过极低温 输运测试发现,超导、金属与绝缘这三个量子态都有与库珀电 子对相关的h2e周期的超导量子磁导振荡,证明了量子金属 态是玻色金属态,揭示出库珀对玻色子对于量子金属态的形成 起到了主导作用。这一发现为国际上争论了三十多年的量子金 属态的存在提供了有力的证据,并为研究量子金属态提供了新 思路。 研究成果发表在《 Science》上,得到国际学术界广泛关 注,被 ScienceDaily、 Materialtoday、 EurekAlert!!、 Phys. Org等 十余家国际科技媒体专题报道,标志着我国在高温超导量子相 变领域取得了重大研究进展
三、高温超导中量子金属态的首次实验证实 量子材料及量子相变是本世纪凝聚态物理与材料领域的 研究热点。尽管实验上在各种二维超导体系发现了量子金属态 的可能存在的迹象，但受低临界温度的制约以及外界高频噪声 的影响，二维量子金属态的存在及其形成机制存在着巨大争议， 是三十多年来国际学术界一直悬而未决的重要物理问题。 电子科技大学李言荣院士团队和北京大学王健团队等首 次在高温超导纳米多孔薄膜中完全证实了量子金属态的存在。 通过调节反应离子刻蚀的时间，在高温超导钇钡铜氧（YBCO） 多孔薄膜中实现了超导—量子金属—绝缘体相变。通过极低温 输运测试发现，超导、金属与绝缘这三个量子态都有与库珀电 子对相关的 h/2e 周期的超导量子磁导振荡，证明了量子金属 态是玻色金属态，揭示出库珀对玻色子对于量子金属态的形成 起到了主导作用。这一发现为国际上争论了三十多年的量子金 属态的存在提供了有力的证据，并为研究量子金属态提供了新 思路。 研究成果发表在《Science》上，得到国际学术界广泛关 注，被 ScienceDaily、Materialtoday、EurekAlert!、Phys.Org 等 十余家国际科技媒体专题报道，标志着我国在高温超导量子相 变领域取得了重大研究进展
105 B AM1 YBCO link 03nm 050100150 T(K) 图AC:纳米多孔超导薄膜示意图;D-E:电阻温度输运曲线;F:量子磁导振荡曲线 Normal state Normal state 05k10k15k20k25k30k 05k10k15k20k25k3 RN(Q2) 图纳米多孔超导薄膜的超导金属一绝缘体量子相变相图
图 A-C：纳米多孔超导薄膜示意图；D-E：电阻温度输运曲线；F：量子磁导振荡曲线 图 纳米多孔超导薄膜的超导—金属—绝缘体量子相变相图
四、青藏高原发现丹尼索瓦古老型智人 作为世界上平均海拔最高的高原和世界第三极,青藏高原 是人类最难生存的极端环境之一。青藏高原的史前人类活动历 史及古人类对高寒缺氧环境的适应是学术界广泛关注的热点 科学问题。 兰州大学双聘院士陈发虎教授与兰州大学张东菊副教授 等在青藏高原开展了多年的、系统的环境考古学研究工作,为 青藏髙原史前人类活动研究提供了可靠证据,有力推动了青藏 高原史前人类活动研究。围绕发现于甘肃夏河的古人类化石, 该研究团队开展了化石年代学、体质形态学、分子考古学和人 类生存环境等综合分析,发现距今16万年前丹尼索瓦人就生 活在青藏高原。该项研究不仅再次刷新了青藏高原最早人类活 动记录,将青藏高原最早人类活动历史推早了12万年,而且 为神秘的丹尼索瓦人的研究开启了更广阔的研究空间,对深入 理解东亚古人类演化和环境适应有重要意义。 项目标志性成果发表在英国 Nature杂志上,得到国际学 术界的广泛关注和肯定,受到 Nature、 Science、BBC、 New York Times、 National Geographic、《新华社》等国内外权威杂志和 媒体的广泛关注和报道,受关注度在 Nature杂志已经发表的 70000多篇研究论文中排名前1%,被美国 Archaeology杂志评 为2019年“世界十大考古发现”,获选美国 Science杂志2019 年年度“十大科学突破”与美国 Science news杂志2019年“年度 十大新闻
四、青藏高原发现丹尼索瓦古老型智人 作为世界上平均海拔最高的高原和世界第三极，青藏高原 是人类最难生存的极端环境之一。青藏高原的史前人类活动历 史及古人类对高寒缺氧环境的适应是学术界广泛关注的热点 科学问题。 兰州大学双聘院士陈发虎教授与兰州大学张东菊副教授 等在青藏高原开展了多年的、系统的环境考古学研究工作，为 青藏高原史前人类活动研究提供了可靠证据，有力推动了青藏 高原史前人类活动研究。围绕发现于甘肃夏河的古人类化石， 该研究团队开展了化石年代学、体质形态学、分子考古学和人 类生存环境等综合分析，发现距今 16 万年前丹尼索瓦人就生 活在青藏高原。该项研究不仅再次刷新了青藏高原最早人类活 动记录，将青藏高原最早人类活动历史推早了 12 万年，而且 为神秘的丹尼索瓦人的研究开启了更广阔的研究空间，对深入 理解东亚古人类演化和环境适应有重要意义。 项目标志性成果发表在英国 Nature 杂志上，得到国际学 术界的广泛关注和肯定，受到 Nature、Science、BBC、New York Times、National Geographic、《新华社》等国内外权威杂志和 媒体的广泛关注和报道，受关注度在 Nature 杂志已经发表的 70000 多篇研究论文中排名前 1%，被美国 Archaeology 杂志评 为 2019 年“世界十大考古发现”，获选美国 Science 杂志 2019 年年度“十大科学突破”与美国Science News杂志2019年“年度 十大新闻
图夏河人下饭骨化石 图夏河人下颌骨化石发现地(位于甘肃省夏河县甘加乡的白石崖溶洞遗址)
图 夏河人下颌骨化石 图 夏河人下颌骨化石发现地（位于甘肃省夏河县甘加乡的白石崖溶洞遗址）
五、高能量密度电容器用无机介电材料 电介质电容器具有超高功率密度和超快充放电速度,在能 源电力、电子信息、国防军工等高新技术领域有广泛的应用。 但其较低的能量储存密度成为制约相关技术发展的瓶颈。近些 年来,美国等发达国家一直将高储能密度电介质材料列为重要 研发方向。最近,清华大学研究团队提出了一种突破电介质材 料低储能密度问题的新途径,即构建一种多形态纳米畴介观结 构,以调控材料电畴极化及其翻转能垒,降低极化反转过程中 的能量损耗,显著提升储能特性。为此他们设计制备了铁酸铋 基三元无铅电介质薄膜材料,使其形成预期的由四方和菱方纳 米畴共存于立方顺电基体中的多形态纳米畴结构,成功获得了 高极化、低损耗和高击穿强度的综合优异性能,从而实现了高 储能密度(112J/cm3,超过美国阿贡国家实验室在铅基材料 中达到的85J/cm3记录)、高储能效率、优异的充放电循环及 温度稳定性。该研究发表在国际著名期刊《科学》上,得到了 国内外同行高度关注,被《焦耳》等学术期刊亮点报道。这 研究成果有望为我国自主高端电介质电容器研制提供关键材 料及设计思路
五、高能量密度电容器用无机介电材料 电介质电容器具有超高功率密度和超快充放电速度，在能 源电力、电子信息、国防军工等高新技术领域有广泛的应用。 但其较低的能量储存密度成为制约相关技术发展的瓶颈。近些 年来，美国等发达国家一直将高储能密度电介质材料列为重要 研发方向。最近，清华大学研究团队提出了一种突破电介质材 料低储能密度问题的新途径，即构建一种多形态纳米畴介观结 构，以调控材料电畴极化及其翻转能垒，降低极化反转过程中 的能量损耗，显著提升储能特性。为此他们设计制备了铁酸铋 基三元无铅电介质薄膜材料，使其形成预期的由四方和菱方纳 米畴共存于立方顺电基体中的多形态纳米畴结构，成功获得了 高极化、低损耗和高击穿强度的综合优异性能，从而实现了高 储能密度（112 J/cm3，超过美国阿贡国家实验室在铅基材料 中达到的 85 J/cm3 记录）、高储能效率、优异的充放电循环及 温度稳定性。该研究发表在国际著名期刊《科学》上，得到了 国内外同行高度关注，被《焦耳》等学术期刊亮点报道。这一 研究成果有望为我国自主高端电介质电容器研制提供关键材 料及设计思路
(MicrometerSze Damain) (Nanodomain)(Polymorphic Nanodoma ⊙ Rhombohedral do 30{rm Electric Field Eledtric Field STO 图一种多形态纳米畴介观结构的设计思路和模拟 f= 1 MHz T223℃, T~179c.y-151 X x=04 mperature cc) 01510c15 Energy Density 0 0.00510152025303.54045505 020.304 Electnc Field (MV cm) BTo content x 图多形态纳米畴介观设计显着提升铁酸铋基三元薄膜材料的介电和储能特性
图 一种多形态纳米畴介观结构的设计思路和模拟 图 多形态纳米畴介观设计显著提升铁酸铋基三元薄膜材料的介电和储能特性