从国家科技奖透析改革开放以来中国丝绸科技创新

张宁卉, 杨小明

(东华大学 人文学院,上海 200051)

近代中国的丝绸工业由于遭受掠夺式经济的破坏,产量和质量长期落后于日本,直至中华人民共和国成立后中国丝绸工业才再度兴起,20世纪70年代茧丝产量重新回归世界首位[1]。改革开放后的40余年是丝绸科技蓬勃发展的重要时期,也是中国丝绸走向复兴、再夺世界领先地位的重要阶段。科技奖励为科学的发现与技术的发明提供了物质与精神奖励,是促进科技进步的重要方式之一。中国现行的科技奖励制度从中华人民共和国成立初便已萌芽,改革开放后国家科技奖的正式设立使科技奖励制度日趋完善。国家科技奖作为中国科学技术的最高奖项,代表着科技发展的最高水平,国家科技奖中丝绸获奖成果见证了中国改革开放以来丝绸科技创新的发展历程,是反映行业科技水平和创新能力的重要指标。本文对改革开放40余年丝绸科技创新历程首次进行系统分析,从科技奖励的视角透视丝绸科技发展历程、明确丝绸科技创新方向,以期为中国未来丝绸科技发展提供历史借鉴。

1 国家科技奖的历史分期与丝绸获奖情况

中华人民共和国成立后,国家把经济建设列为首要任务,非常重视科学技术在经济建设中的作用,制定了一系列促进科技发展的政策法规。随着社会经济的发展,科技奖励条例和实施细则也在不断补充修改,逐步完善[2]24-25。根据科学技术奖励制度在各时期的发展情况,可分为初创(1949—1966年)、恢复(1978—1984年)、加速发展(1985—1999年)和改革完善(2000—至今)阶段[3]。由于1985年增设的首届国家科学技术进步奖申报项目时间限定为1978年1月1日后完成的重大科技成果[4],以及最近一次公布获奖为2020年度,因此本文的统计分析参考颁奖年份划分1979—1985年、1986—1999年和2000—2020年三个阶段。

在科技奖励的初创阶段,丝绸业即有获奖。1957年1月公布的34项1956年度获科学奖金(自然科学部分)项目(后追认为首届国家自然科学奖),都具有较高的学术价值或显著的使用价值[2]28-29,其中丝绸业“关于蓖麻蚕的试验研究”获得三等奖,被认为“是新中国成立以来生物学重大研究成果之一,是理论联系实际的一个范例”[5]。“文革”期间,科技奖励中断。1978年3月召开的中国科学大会被称为“科学的春天”,标志着科技奖励制度的恢复,会上奖励了28年来取得的7 657项重大科技成果,这批成果均属国内先进、部分达到国际先进水平或居于国际领先地位[2]32。丝绸业有“应用昆虫激素增产蚕丝的研究”“灭蚕蝇3号防治柞蚕饰腹寄生蝇的研究”“桑蚕新品种‘华合×东肥’”及专著《蓖麻蚕北方越冬》等项目获奖。此后国家科技奖恢复固定颁奖。

1979年国家科技奖恢复至今,丝绸业共获国家科学技术奖三大奖通用项目54项(表1),包括国家自然科学奖1项、国家技术发明奖18项、国家科学技术进步奖35项,其中国家自然科学奖注重前瞻性、理论性,国家技术发明奖注重原创性、实用性,国家科学技术进步奖注重创新性、效益性[6]。1979—2020年,丝绸业获国家奖总体占比呈下降趋势,由1979年的1项(占当年获奖成果2.33%)下降至2015年的1项(占当年获奖成果0.4%),且于2008、2015年出现两次4年以上断档,这一变化趋势与国家科技奖的改革及其他行业新兴科技的崛起有关。

表1 丝绸业获国家科技奖项目

丝绸业产业链长,具有横跨第一产业农业、第二产业工业、第三产业服务业的特征[7]。本文根据《中国丝绸年鉴》的分类将丝绸业分为蚕业和工业两部分,对其获奖成果进行比较分析。蚕业获奖27项,分别为国家自然科学奖1项、国家技术发明奖10项、国家科技进步奖16项;工业获奖27项,分别为国家技术发明奖8项、国家科学技术进步奖19项。蚕业获奖横跨三大奖且获奖等级较高,说明蚕业的基础研究和应用研究均有较大进展;工业获奖集中在国家技术发明奖和国家科学技术进步奖,其中国家科学技术进步奖占多数,说明丝绸工业在生产规模和质量提升上均卓有成效。

2 丝绸获奖区域分布与研发主体变迁

丝绸获奖集中的区域即为丝绸科技相对领先的区域,研发主体构成可为剖析其优势原因提供参考。本文就丝绸获奖区域分布与研发主体变迁对丝绸科研力量布局进行分析。

2.1 丝绸获奖区域分布

对获奖项目第一完成单位所在地进行统计,丝绸业获奖区域分布情况如图1所示。

图1 1979—2020年国家科技奖丝绸获奖区域分布

浙江、江苏、上海和广东在蚕业和工业均有获奖,其中江浙沪三地占丝绸总获奖七成以上。浙江和江苏的丝绸获奖贯穿三阶段,上海和广东的丝绸获奖在第三阶段归零。浙江素有“丝绸之府”之称,改革开放后在弘扬传统技艺的同时吸收国内外先进技术和管理经验,提高产品档次,走上产业振兴之路[8]405。浙江第一、二阶段丝绸获奖在工业方面优势明显,蚕业获奖也在第三阶段与工业不分伯仲,说明蚕业与工业相辅相成;江苏的蚕业与工业获奖数量相当,又以蚕业更具优势。江苏历来是丝绸大省、强省,在丝绸教育和丝绸企业方面都具有很强的实力。20世纪90年代中期江苏丝绸科技迅速发展,在科技攻关、技术开发、新品研制、成果转化等方面都取得突出成绩[9];上海具有较强的实业基础,工业获奖数量位列全国第三,产品的生产技术和质量在国内领先[8]396,但蚕业仅第一阶段少量涉及,至第三阶段上海无丝绸获奖,或许与蚕业缺失有关,再次说明丝绸优势地区蚕业与工业的强相关性;广东曾于第一、二阶段分别在蚕业和工业少量获奖,说明其在丝绸方面曾具有一定优势但未能继续保持。

辽宁、四川、广西、湖南、山东和重庆的丝绸获奖集中在蚕业,天津则集中在工业。目前,广西、四川属中国主要蚕区,山东、重庆、湖南属中国次要蚕区,上述地区均在不同阶段有过蚕业获奖,说明蚕业发展有其历史性。辽宁丝绸历史悠久,是世界柞蚕的主要产区,资源优势促进辽宁丝绸业飞速发展[8]391,其柞蚕科技水平一度在国内外均居领先地位[10],但几起几落后从主要蚕区成为零星蚕区,丝绸获奖也骤降为零;四川是中国桑树栽种的主要省区,品种多样,资源丰富,蚕业获奖以第二阶段桑树选育最为突出;广西作为“东桑西移”计划的主要省区,带动了“东丝西移”和“东绸西移”,从第二阶段起丝绸业进入快速发展轨道,现已成为中国乃至世界重要的茧丝绸产地[11]162;重庆于1997年设为直辖市,从第三阶段开始以蚕业获奖为代表。2011年批准建设的该领域唯一一所国家重点实验室为西南大学家蚕基因组国家重点实验室,四年后就获得了蚕业迄今为止最高级别成果,起到了良好的示范作用。

2.2 丝绸获奖研发主体演变

研发主体即获奖项目完成单位,根据单位性质分为科研机构、高校和企业三类。因获奖项目的第一完成单位贡献最大并起牵头作用,本文以第一完成单位对蚕业与工业40余年研发主体的变化进行分析(表2、表3)。

表2 1979—2020年蚕业研发主体(第一完成单位)获国家科技奖统计及其地域分布

表3 1979—2020年工业研发主体(第一完成单位)获国家科技奖统计及其地域分布

据表2统计,蚕业第一完成单位情况为科研机构共24项、占比89%,高校共3项、占比11%。由此可见,蚕业研发主体中科研机构的力量十分强大,特别是国家级科研机构中国农业科学院蚕业研究所科研成果就占到蚕业获奖的26%;其他7所省级科研机构的科研成果共占56%。分阶段统计,第一阶段高校1项、占比14%,科研机构6项、占比86%;第二阶段科研机构14项、占比100%;第三阶段高校2项、占比33%,科研机构4项、占比67%。总体来说,蚕业科技创新长期以来以科研机构主导,高校作为支撑,企业尚未起到引领作用。

据表3统计,工业第一完成单位情况为企业共16项、占比59%,高校共7项、占比26%,科研机构共4项、占比15%。企业获奖最多,特点是数量众多、科研力量分散;三所高校共获奖7项,其中浙江理工大学获奖最多,第三阶段获奖3项。华东纺织工学院(东华大学前身)第一阶段获奖2项。苏州大学(苏州丝绸工学院)第二、三阶段共获奖2项;科研机构获奖集中在第一、二阶段,分别有4所研究院所各获1项。

分阶段统计,第一阶段企业4项、占比50%,高校2项、占比25%,科研机构2项、占比25%;第二阶段企业12项、占比80%,科研机构2项、占比13%,高校1项、占比7%;第三阶段高校4项,占比100%。总体来说,工业科技创新在第一、二阶段以企业为主导,科研机构和高校共同支撑;第三阶段迎来以高校为主导的转变。

3 丝绸获奖研究领域分析

在中华人民共和国成立后前30年恢复的基础上,中国丝绸业在改革开放后重新掌握了国际的话语权。但仅是产量和规模的增加,并不完全是质量的取胜,在基础理论研究方面尚有不足。改革开放前中国蚕业主要研究领域落后发达国家如日本10～20年,改革开放后随着基础理论和应用开发的加强[12],逐步缩小了与发达国家的差距。作为标志性成果,2003年中国绘制的世界上第一张家蚕基因组框架图使中国蚕业科学研究步入世界领先水平。丝绸工业肩负着将栽桑养蚕结成的蚕茧缫成丝、织成绸,供应服装加工、贸易内销出口等重任[13]540。丝绸工业科技研究以更好激发蚕丝能量、促进生产工艺及加工机械的进步为主,其目的与蚕业一样都是为了提高丝绸的经济效益[13]751。丝绸的基础理论研究不仅对生产规模有助力,同时也大大提高产品质量及附加值。

本文结合获奖成果研究内容所属领域,对中国丝绸业从恢复产量到科研领先世界的历程予以分析。

3.1 蚕业获奖研究领域分析

根据获奖成果研究内容,将蚕业项目划分四个领域:栽桑、蚕种、蚕病与蚕药、蚕业资源利用。统计发现,40余年获奖数量最多的是蚕种研究领域,随后依次为蚕病与蚕药、栽桑、蚕业资源利用(图2)。从各阶段占比来看,40余年蚕业获奖在不同领域消长明显,蚕病与蚕药只集中在第一、二阶段;蚕种贯穿三个阶段且在第二、三阶段都是获奖最多的领域;栽桑从第二阶段起发展并具有优势,到第三阶段有所弱化;蚕业资源利用获奖较晚但发展势头迅猛。从三个阶段的发展来看,蚕业经历单纯提高产量到产量与质量并重,最后走向着重提升质量的跨越。

图2 1979—2020年国家科技奖蚕业获奖分布示意

蚕病害是影响蚕茧产量的重要因素,克服蚕病害作为第一阶段科研攻关的重心使蚕病与蚕药成为第一阶段获奖最多的领域,标志着改革开放后蚕业科技获奖的开端。经过长期艰苦的探索,中国实现了柞蚕病理学和蚕病防治学的重大突破,在世界上最先解决了柞蚕蝇蛆病防治的难题[14]。

第二阶段蚕业研究以增加产量和提升质量并重,获奖项目大多两者兼备,以栽桑和育蚕为主。栽桑是蚕业生产的上游产业,科研攻关聚焦树种选育、抗病丰产;育蚕是蚕业高产的物质基础[11]30,科研攻关聚焦蚕种选育、保质增丝。栽桑从0增加到43%,蚕种也从14%上升到43%,获奖相较第一阶段都有了极大提高。作为对比,蚕病与蚕药获奖占比急剧下降,从第一阶段的86%到第二阶段的7%,体现出科研重心的转移。

第三阶段蚕业研究以质量提升为主,不再单纯强调产量,尤其注重蚕业资源利用。家蚕“生物反应器”解决了生物制药的产业化关键技术,在世界上首创利用家蚕做生物反应器,让家蚕成为口服蛋白质药物的天然“加工厂”[15];用蚕砂提取物制成的治疗缺铁性贫血的药物,为蚕副产品在中医药领域的综合利用奠定了坚实的基础[16]。蚕业资源利用拓展了蚕业非纤维化应用的范围,提升了资源利用率,为蚕业科学从实验室走向工业化提供了实践经验。需要强调的是,第三阶段注重质量的转向激发了原创性基础研究的突破,家蚕基因组的功能研究荣获国家自然科学二等奖,是丝绸业改革开放40余年获得的唯一一项国家自然科学奖,是中国在激烈的国际竞争中取得的原创性成果,有力地带动了中国蚕业科学的迅猛发展[17]。

3.2 工业获奖研究领域分析

工业获奖分为机械及器材、制丝、丝织、染整四个领域。40余年来获奖数量最多的是机械及器材,其次是染整、丝织、制丝(图3)。机械及器材是工业的基础,在三个阶段均有一定占比,第一阶段占比最高,此后逐渐下降;制丝是工业的第一道环节,获奖虽晚但从第三阶段开始呈现良好发展势头;丝织是工业的基础环节,获奖项目与机械及器材相关度高,各阶段均呈下降趋势;染整是工业的重要环节,也是获奖占比第二的领域,从第二阶段起发展迅速。相较蚕业领域,工业生产对生产效率的要求使其在质量提升的同时始终会将产量作为综合考虑的要件。

图3 1979—2020年国家科技奖丝绸工业获奖分布示意

第一阶段工业获奖以产量和质量两手抓为开端。机械及器材占比达50%,以提升产量为主要目的,创新程度高,获奖成果直接提高了丝绸工业的生产效率。此外,丝织业则致力于通过产品创新、工艺升级提升产品质量[18]。由钱小萍牵头、苏州丝织试样厂和上海胸科医院共同研制的“机织涤纶毛绒型人造血管”[19],为丝绸工业向生物医疗纺织品领域的延伸起到很好的引领作用。

第二阶段工业获奖出现质量提升为主的趋势,其次兼顾产量,以产量为主要目标的获奖占比大幅下降,机械及器材、丝织占比下降最快。多数成果已实现同步提升产量和质量,尤其在染整行业实现从机械单一创新演变为新装备与新工艺或新产品紧密结合的整体创新,颠覆之前仅凭机械创新就能引领丝绸工业发展的模式。染整从而超过机械及器材成为工业领域占比最高的获奖行业,从前期以单一环节为主到后期多环节、多技术的复合,涉及精练、染色、印花、产品检验与标准等多个环节,解决了长期以来中国真丝产品质量落后的局面[20],新产品还为丝绸和服装等行业带来很好的经济效益[21]。丝织业在机械设备更新之外也注重合纤仿真丝品种的开发,合纤丝及其交织品是中国三大丝织品(真丝绸、人丝绸、合纤绸)中产量最大的丝绸产品[8]210,细旦涤纶长丝投入工业化大生产改变了中国仿真丝绸原料全部依赖进口的困境[22]。缫丝工业逐步普及自动缫丝机取代原有立缫设备,并进一步研究与开发智能缫丝设备,采用微机控制和数字显示新技术[23]。

第三阶段工业获奖表明,丝绸工业在保持一定程度产量规模的前提下形成以质量提升为主的发展模式。制丝所占比例增加,制丝质量显著提升。陈文兴院士于2004年牵头完成的“丝胶蛋白质结构调控及提高生丝产、质量新技术”改善了生丝“洁净”问题,提高了生丝等级、出丝率和生产效率,取得了基础理论研究的新突破,推动了制丝行业的科技进步和学科发展。染整通过第二、三阶段的发展实现了质量大幅提升。丝织业在继承中国优秀传统丝织技术的基础上运用现代计算机图形图像处理技术和机电一体化技术创造出丝织新工艺,开发的数码丝织新技术增加了丝织物的技术附加值[24]。第三阶段工业获奖成果促进了对基础理论的研究,展现出向基础研究靠拢的趋势,为将来蚕业与工业的产业链延伸融合奠定基础。

4 丝绸科技发展趋势展望

随着改革开放以来蚕业与工业领域科研成果的积累与科技实力的增强,本文认为未来丝绸科技研发可以立足基因组和生物材料两大领域,由此形成纺织科技革命的生长点。

4.1 基因组研究

“一带一路”倡议发表以来,“丝绸”被赋予新的理念和内涵,丝绸产业再次迎来新的历史发展机遇[25]。向仲怀院士[26]认为,传统的“丝绸之路”主要是以蚕桑为基础的丝绸产业,而21世纪的“新丝绸之路”则是以基因组研究为平台构筑现代蚕桑产业新体系的突破之路。在2015年国家自然科学二等奖突破的基础上,丝绸业科研陆续取得重要成果。2022年发布的“家蚕超级泛基因组图谱”研究成果,力证了家蚕起源于中国黄河中下游地区的结论,为中华文明的历史探源贡献了现代蚕桑科技的新成果。随着蚕桑基因组生物学成果朝着应用开发的延伸推进,现代蚕桑在医学、材料等国家战略核心技术领域发挥着新的作用[27]。通过基因工程,更多基础科学研究成果也被运用到丝绸业。2008年诺奖成果绿色荧光蛋白为生物学的大发展提供了全新的工具[28]。西南大学研究团队采用基因工程技术将荧光蛋白编码基因整合到家蚕基因组实现稳定遗传,实现了荧光蛋白新型蚕丝的规模化低成本生产。荧光蚕丝不仅能作为纺织材料,还可以进一步开发荧光蚕丝生物材料,未来在生物医疗、疾病诊断及生物传感等领域具有巨大应用价值[29]。

4.2 生物材料研发

目前,蚕丝作为一种优异的生物材料已成为可持续性研究的前沿,丝绸不再仅仅作为纺织服装材料,而是作为科学研究的对象,在基础研究和应用研究中具有广阔的前景。作为兼具物质特征和生物特征的新型材料,蚕丝可用于蚕丝硬盘、脑机接口等前沿科学领域。2020年,中国研究人员制成全球首款蚕丝硬盘,与普通硬盘相比不受强磁场、强辐射、微波辐射等干扰,可同时存储数字信息和生物信息。蚕丝蛋白还被应用到传感器和医疗器械上,如人体可集成柔性传感器包括能量采集器、力学传感器、仿生视觉、脑机接口等,此外还有美容整形、骨科、神经外科方面广泛应用[30]。2010年获诺奖的石墨烯材料也已与蚕丝相结合,北航研究团队制备出还原氧化石墨烯涂层的桑蚕丝,强度高,具有温度响应、运动检测等功能,这一研究扩大了蚕丝适用范围、提高蚕丝制品附加值,未来能够应用于生物、医学、光电材料、可穿戴器件等更多领域[31]。

5 结 论

本文以国家科技奖为视角,探讨改革开放40余年丝绸科技创新历程,得出以下结论:国家科技奖恢复以来,丝绸获奖分为三个阶段,各阶段获奖数量下降,获奖质量提升,与国家科技奖改革趋势一致。近年来丝绸业获奖出现断档并非丝绸科研水平下降,而是新兴产业异军突起对丝绸这一“传统”产业造成的冲击效应。丝绸作为中国在世界上最古老的行业,历经数千年的发展,形成了技术的“瓶颈”,短时间较难取得重大突破,但随着蚕业与工业两方面科研成果的融合,以上游蚕业基础科学研究带动下游工业高质量发展,继而打破行业壁垒实现产业链延伸与融合发展,一旦取得突破即会是颠覆性的成果。从获奖项目的研发主体看,目前丝绸科技创新以科研机构和高校牵头为主。企业曾在工业领域发挥过短暂的引领作用,但最终被高校取代。这说明丝绸行业在科研单位科技资源分配上存在差异,企业创新能力未能充分释放。企业是实现向下游高附加值产业链延伸的主体,丝绸科技创新需充分发挥企业在市场激励、科技创新、产品研发等方面的作用,在基础研究和应用开发方面实现与企业更多的合作互动。因此,丝绸产业极有可能成为未来的高科技产业,丝绸科技可在进一步完善现有研究领域的基础上,在基因组与生物材料领域寻找新的突破点,并有望涌现出更多高水平的获奖成果。

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