赵国屏

中国科学院院士

中国科学院分子植物科学卓越创新中心合成生物学重点实验室专家委员会主任

在生物研究中，基于理性设计原理和合成构建技术的“设计—合成—测试—学习”研究循环，往往速度慢、效率低，且高度依赖于昂贵的人力成本。所以，自动化、高通量的设备平台和标准化的实验方法、算法和流程，将是未来的合成生物学不可或缺的一部分。比如，2020年发表于《自然》杂志的“人工智能机器人化学家”就属于此类技术进化的应用典范。

基于此，我们提出，要建设理论（理性设计）、技术（合成能力）、工程（自动化平台）三者相辅相成的合成生物学体系，进而以此推动合成生物学研究由定性、描述性、局部性向定量、理论化和整体化的变革。

具体而言，首先，要在分子到亚细胞（细胞器）再到细胞的“涌现”层次上发展定量合成生物学，包括定量描述和预测基因回路与细胞行为，发展生命体系定量理解与理性设计的基础理论框架，建立复杂生物系统的设计理论、从头设计原则和数学模型，探索生命体维系运转的基本规律。

其次，要大力发展使能技术，进而提升大片段DNA合成、基因组组装、生物原件功能设计与定向进化、基因回路设计、自动化建模及仿真测试能力。

其三，要建设自动化、高通量的构建平台，发展高通量、数字化、标准化的设计、合成、测试技术体系。

其四，要发展相应的机器学习能力，包括硬件和软件能力，特别要做好数据标准化，以及整合交互使用与知识图谱构建的基础性工作。

陈仙辉

中国科学院院士

中国科学技术大学教授

材料是所有制造业和核心器件的基础和高技术支撑，新材料的发现将推动科学发现和技术进步，改变人类文明。当前摩尔定律效力受到挑战，新一代半导体材料如何发展是科学发展应该要解决的问题。超导体作为一项重要的量子材料，具备零电阻、完全抗磁性等特征，有望发展出新一代低功耗信息技术。超导体已在4个方向表现出重要应用前景：

超导成为医学发展的重要技术支撑。超高场磁共振成像磁体在脑科学研究、早期脑部疾病、早期心脏疾病、早期癌症诊断等领域获得广泛应用。

超导磁体成为高能量粒子加速器的关键。新的高能量粒子加速器需要更高磁场的超导磁体，因为环形粒子加速器对撞能量等很多参数都与二极磁体场强成正比，而高温超导材料是进一步提高场强、控制造价的唯一选择。

超导集成电路将成为后摩尔信息技术的重要方向。当前，半导体集成电路已进入亚十纳米技术节点，在速度、功耗与制造等方面都正遭遇发展瓶颈，基于超导逻辑和低温存储器的计算机可以解决功率、空间和冷却等高性能计算问题。

室温超导体成为超导领域物理学家们的最终理想。超导输电、超导限流和大功率超导感应加热等技术，能够利用超导体高载流、低损耗特性实现节能降耗，尤其是超导输电技术低压大电流、传输损耗小、输电走廊占地少的特征，对实现城市规划及“双碳”目标有重要作用。

鄂维南

中国科学院院士

北京大学、美国普林斯顿大学教授

科学研究有两大基本目的：一是寻求基本规律，二是解决实际问题。在量子力学建立之时，狄拉克就预言：寻求基本规律的任务已大体完成，但因为其数学问题太复杂，用基本原理来解决实际问题非常困难。直到20世纪50年代电子计算机开始投入使用，以及微分方程数值方法的出现，人类才第一次大规模实现了从基本原理出发解决实际问题的能力，并由此构建起了现代工业和技术赖以生存的基础。

但很多问题依然非常难以求解，比方说各类多体问题，药物和材料设计、蛋白质折叠、湍流、塑性力学和非牛顿流体力学等。我从20世纪80年代开始研究算法，一直在尝试解决这些问题。从2014年起，我就投身于机器学习与科学计算的结合。2020年，我们一个以年轻人为主力的团队利用机器学习方法在量子力学精度的分子动力学模拟方面取得了重大突破，把可处理体系的规模从1000个原子提高到1亿个原子，并因此获得了2020年戈登贝尔奖。这是我们第一次看到机器学习、科学计算、高性能计算三大工具的结合所带来的广阔空间。AlphaFold 2的成功，更是让我们看到了数据驱动的方法所能带来的革命性改变。

这个空间和改变给我们带来的将是新的科学工具的发展和新的科研模式的构建。它也将推动科学研究从小农作坊模式转变到大平台模式，即由整个科学家群体共同努力构建基础模型、基础算法和工具。这样的大平台将极大地提升整体科研的效率。

印遇龙

中国工程院院士

中国科学院亚热带农业生态研究所研究员

民以食为天，猪粮安天下。习近平总书记指出，要大力推进生态文明建设，提供更多优质生态产品，不断满足人民群众日益增长的优美生态环境需要。当前，人民群众对优质生态产品的需求日益增加，发展种养一体化功能农业即建立一种生态、环保、循环可持续发展的农牧业体系，可为消费者提供更多优质生态产品。

湖南是我国重要的农产品、畜禽产品和中药材生产基地，承担着保障国家“粮猪安全”和“药材第一车间”供给的重任，但当前仍存在种植与养殖结构失衡、土地生产力透支、畜禽粪污资源未得到充分利用、投入和激励机制不畅、农牧企业实力不强等问题。在新一轮农业产业体系变革中，湖南省应进一步强化政策扶持，促进功能农业、中医农业等发展，加快构建种养一体化功能农业体系。

养殖业在农业生态系统中具有资源转换和维持生态平衡的重要功能。种养脱节会导致化肥农药大量使用、水土污染严重、土壤板结、农产品品质下降；同时养殖业粪污处理成本高，养殖场周边环境问题严峻。为此建议：一是完善环保监督和服务机制，坚持粪污资源化利用的导向，鼓励和培训养殖户运用现代生物技术处理农业和生活废弃物；二是加大“生物发酵技术”的科研资金投入和产业扶持力度；三是落地粪污资源就地高效循环利用等补助政策，引导能人回乡、市民下乡、乡贤助乡、企业兴乡。

（资料来源于科学网。责编：张闻）