在肉眼看不見的微觀世界里，原子、分子等基本粒子蘊(yùn)藏著物質(zhì)與生命的根本規(guī)律。微觀層面的突破往往帶來(lái)顛覆性技術(shù)變革，相關(guān)研究已成為全球科技競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵焦點(diǎn)。極微觀研究主要聚焦于量子科技、粒子物理、生命科學(xué)、納米技術(shù)等前沿領(lǐng)域，是揭示物質(zhì)世界與生命本質(zhì)的根本途徑。通過(guò)一組關(guān)鍵數(shù)據(jù)，回顧2025年我國(guó)在極微觀領(lǐng)域取得的標(biāo)志性進(jìn)展。

2025年1月，亞洲首個(gè)“先進(jìn)阿秒激光設(shè)施”開工建設(shè)。該設(shè)施布局10條束線、22個(gè)終端，預(yù)計(jì)2029年建成。1阿秒即一百億億分之一秒，是人類迄今掌握的最短時(shí)間尺度。該設(shè)施將實(shí)現(xiàn)對(duì)電子運(yùn)動(dòng)的直接觀測(cè)，為物理、化學(xué)、材料、生物醫(yī)學(xué)等多學(xué)科前沿研究與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用提供支撐。

2025年，“祖沖之三號(hào)”量子計(jì)算原型機(jī)構(gòu)建105比特超導(dǎo)體系。其計(jì)算速度比當(dāng)前最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)快千萬(wàn)億倍，持續(xù)保持量子計(jì)算優(yōu)越性世界紀(jì)錄，是目前該體系規(guī)模最大的處理器之一。

2025年3月，我國(guó)科學(xué)家在國(guó)際上首次成功制備五種二維金屬，這些單原子層金屬厚度僅為頭發(fā)絲的二十萬(wàn)分之一，攻克了學(xué)界長(zhǎng)期認(rèn)為“不可能”的難題，填補(bǔ)二維材料關(guān)鍵空白，為量子霍爾效應(yīng)、二維超導(dǎo)等研究開辟新領(lǐng)域。

2025年7月，中國(guó)科學(xué)家首次繪制出獼猴大腦細(xì)胞級(jí)聯(lián)接圖譜。通過(guò)對(duì)10微米厚的腦切片進(jìn)行上萬(wàn)次分析，獲得了屏狀核的全腦精細(xì)聯(lián)接圖，同時(shí)精確繪制出2000多個(gè)神經(jīng)元的完整路徑，首次揭示靈長(zhǎng)類神經(jīng)元聯(lián)接具有高度靶向?qū)Ｒ恍浴Ｔ摮晒麑?shí)現(xiàn)了從鼠到猴的跨越，為理解腦功能、腦疾病及發(fā)展類腦智能提供了全新基礎(chǔ)。

華中農(nóng)業(yè)大學(xué)團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)十余年，在2025年成功克隆出水稻耐高溫關(guān)鍵基因QT12，成果入選國(guó)際學(xué)術(shù)刊物《科學(xué)》年度十大突破。該研究從分子層面揭示了作物抗熱機(jī)制，為在高溫常態(tài)化背景下保障我國(guó)糧食安全提供了關(guān)鍵基因資源。

在華中農(nóng)大的試驗(yàn)田里，水稻雖然在10月底就被收割完了，但在實(shí)驗(yàn)室里，一群科研人員正在為未來(lái)每一個(gè)盛夏的“米飯自由”攻關(guān)。未來(lái)天氣可能越來(lái)越熱，會(huì)影響水稻減產(chǎn)、米質(zhì)變差，而科研人員年復(fù)一年“追著熱浪跑”，只為找到讓水稻不怕熱的“法寶”。

這個(gè)“法寶”在學(xué)校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室里被找到了。光照培養(yǎng)架上一株株鮮綠的水稻幼苗，它們身上就帶著那個(gè)關(guān)鍵的發(fā)現(xiàn)——一個(gè)叫QT12的耐高溫基因。當(dāng)高溫來(lái)臨時(shí)，攜帶這種基因的水稻可以打開自身的一個(gè)“小空調(diào)”，保證米質(zhì)非常好、產(chǎn)量也非常高，即使溫度再高，水稻也能“淡定”生長(zhǎng)。

近20年，氣候變化引發(fā)的極端高溫嚴(yán)重威脅全球糧食安全。研究表明，氣溫每升高1℃，水稻產(chǎn)量可能下降6.6%–25%，且品質(zhì)顯著下降。科研團(tuán)隊(duì)最新發(fā)現(xiàn)的QT12基因，展現(xiàn)出優(yōu)異的耐高溫增產(chǎn)特性，為解決“耐高溫表型難鑒定、基因難應(yīng)用”這一關(guān)鍵瓶頸提供了新路徑。

尋找過(guò)程困難重重。團(tuán)隊(duì)需要“等天時(shí)”——讓全球收集的上萬(wàn)份水稻材料在抽穗灌漿期精準(zhǔn)遭遇武漢自然高溫，以此篩選抗性品種并構(gòu)建遺傳群體。因水稻生育期差異，田間失敗率高達(dá)50%?；?qū)用嫣魬?zhàn)更大：從12條染色體、數(shù)萬(wàn)個(gè)基因中定位目標(biāo)，傳統(tǒng)方法像大海撈針，往往需要七八年。

團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的專利技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)單位遺傳材料的快速獲取與精細(xì)定位，將基因克隆周期從7到8年縮短至3年左右。通過(guò)遺傳連鎖分析，可將目標(biāo)區(qū)間縮小至約20KB。這意味著水稻里面平均只含有兩個(gè)基因左右，其中一個(gè)基因是耐熱的，再經(jīng)轉(zhuǎn)基因驗(yàn)證最終鎖定耐熱基因，并導(dǎo)入主栽品種完成功能與價(jià)值雙重驗(yàn)證。

這一成果正快速走向應(yīng)用。在去年罕見高溫中，攜帶耐熱基因的水稻在多地試驗(yàn)田表現(xiàn)突出，產(chǎn)量與米質(zhì)均顯著優(yōu)于普通品種。目前團(tuán)隊(duì)已與多家種業(yè)企業(yè)合作，推動(dòng)成果從實(shí)驗(yàn)室走向田野。

除了這一個(gè)抗性基因和抗性資源，還有另外7個(gè)耐高溫基因，希望將來(lái)把這些基因都聚合到一個(gè)主栽品種。產(chǎn)生一個(gè)在高溫下金剛不壞之身的種子，大大縮短育種的時(shí)間和進(jìn)程。對(duì)于極端氣候條件下保證國(guó)家糧食安全起到非常大的作用，種業(yè)能夠插上科技的翅膀，這是下一個(gè)五年主要的目標(biāo)。

從田間觀察到基因解碼，中國(guó)科學(xué)家用雙腳扎根泥土、用智慧深入微觀，為水稻裝備了面向未來(lái)的“空調(diào)”。正在武漢建設(shè)的“神農(nóng)設(shè)施”大科學(xué)裝置，將以更強(qiáng)智能監(jiān)測(cè)能力推動(dòng)育種技術(shù)升級(jí)，展現(xiàn)中國(guó)農(nóng)業(yè)科技應(yīng)對(duì)氣候挑戰(zhàn)的底氣與遠(yuǎn)見。