129

★ 2013 CH

INA S

CIE

NC

E A

ND

TEC

HN

OLO

GY D

EV

ELO

PM

EN

T RE

PO

RT

★

第九章　基础研究

基础研究

第一节　基础研究发展概况

一、经费投入

二、国际科技论文发表

第二节　基础学科和新兴交叉学科

一、数学

二、物理学

三、化学

四、天文学

五、地球科学

六、生物科学

七、新兴交叉学科

第三节　面向国家需求的关键科学

问题

一、农业科学

二、能源科学

三、信息科学

四、资源环境科学

五、健康科学

六、材料科学

七、制造与工程科学

八、综合交叉科学

第四节　重大科学研究计划

一、纳米

二、量子调控

三、蛋白质

四、发育与生殖

五、干细胞

六、全球变化

第五节　科技基础性工作专项

一、研究部署

二、重要进展

第六节　国家磁约束核聚变能发展

研究专项

一、 研究部署

二、重要进展

第九章

130

中国科学技术发展报告2

013

★ 2013 CH

INA S

CIE

NC

E A

ND

TEC

HN

OLO

GY D

EV

ELO

PM

EN

T RE

PO

RT

★

2013 年，按照《规划纲要》的总体部署，围绕创新型国家建设

和国家重大战略需求，中国继续加强基础研究的宏观管理和战略布局，

以提升原始创新能力为核心，稳步推进国家自然科学基金、973 计划（含

国家重大科学研究计划）等的发展与改革，进一步加强国家重大科技

基础设施、国家重点实验室等基地建设，加快促进科技基础性工作，

加大对人才的稳定支持力度，营造有利于原始创新的环境，努力推进

基础研究再上新台阶。

第一节

基础研究发展概况

一、经费投入

基础研究经费投入稳步增长。《规划纲要》实施以来，国家基础研究经费投入持续稳定增长。

2006 至 2012 年基础研究经费投入累计达 2056.49 亿元，年均增长率达 21.4％，为开展基础研究

工作提供了重要保障。2012 年，基础研究投入总量达到 498.81 亿元，占中国 R&D 投入的 4.8％。

基础研究人力资源投入不断增长。据统计，中国基础研究人员全时当量从 2006 年的 13.13

万人年增长到 2012 年的 21.22 万人年，增长了 61.61％。2012 年，全国 R&D 人员全时当量为

324.68 万人年，其中基础研究人员的全时当量占 6.5％。

表 9-1　2006—2012 年中国基础研究经费统计

年 份 R&D 经费支出（亿元） 基础研究经费支出（亿元） 基础研究占 R&D 比重（％）

2006 3003.1 155.8 5.2

2007 3710.2 174.5 4.7

2008 4616 220.8 4.8

2009 5802.1 270.3 4.7

2010 7062.6 324.5 4.6

2011 8687.0 411.8 4.7

2012 10298.4 498.8 4.8

131

★ 2013 CH

INA S

CIE

NC

E A

ND

TEC

HN

OLO

GY D

EV

ELO

PM

EN

T RE

PO

RT

★

第九章　基础研究

图 9-1　中国 SCI 论文数量与占世界比例的变化趋势

二、国际科技论文发表

2012 年，SCI 数据库收录中国科技论文为 19.01 万篇，占世界总数的 12.08％，排第 2 位，

与 2008 年持平。其中，中国内地共发表 16.47 万篇论文，占世界总数的 10.3％。

从学科产出论文被引用数看，2002—2012 年，中国有 7 个学科论文被引用数跻身世界前 5 名，

其中作为基础学科的数学和化学均排第 2 名、物理学第 4 名、地学第 5 名。相比于 1996—2005 年，

2002—2012 年基础学科的排位均有所上升，与生物相关的学科发展较快。

2003—2013 年（截至 2013 年 9 月 1 日）中国科技人员共发表国际论文 114.3 万篇，排在世

界第 2 位，至今这个位次保持不变；论文共被引用 709.88 万次，排在世界第 5 位，比上一年度统

计时提升了 1 位，提前完成了《国家“十二五”科学和技术发展规划》所规定的到 2015 年“国

际科技论文被引用次数进入世界前 5 位”的目标。

中国各学科论文在 2003—2013 年间的被引用次数处于世界前 1％的高被引论文为 9524 篇，

占世界总数的 8.6％，数量比 2012 年统计时增加了 20.3％，排世界第 4 位，位次上升 1 位。美国

排第 1 位，高被引论文数高达 59970 篇，占世界总数的 54.1％，英国和德国的高被引论文数分别

为 14265 和 13226 篇，位于第 2 位和第 3 位。2013 年中国超过法国（法国排第 5 位），高被引论

文数 8415 篇。

2006 2007 2008 2009 2010 2011 20120

5

10

15

20

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

12.0

14.0

5.9

7.5

9.78.8

10.411.1

12.08

%

%

132

中国科学技术发展报告2

013

★ 2013 CH

INA S

CIE

NC

E A

ND

TEC

HN

OLO

GY D

EV

ELO

PM

EN

T RE

PO

RT

★

第二节　

基础学科和新兴交叉学科

一、数学

建立了动态相容的非线性数学期望和倒向随机分析理论，并应用于金融风险的动态度量与

控制。

中国数学家因在数论方面的多项杰出成果荣获拉马努金奖。

二、物理学

粲物理实验研究取得多项重要成果，对检验量子色动力学理论具有重要意义，在国际上受到

广泛关注。

突破了镍晶粒尺寸极限，获得了 20nm 的层片结构，其硬度高达 6.4 GPa，远超利用其他变形

方式细化的纯镍硬度。该结构非常稳定，粗化温度高达 506℃。相关论文发表在 Science 上，该

杂志发表评论称，这项研究“为多种工业制造过程中的基础研究和潜在技术应用打开了一个新的

视角”。

中国科学家首次在 Cr 掺杂（Bi，Sb）2Te3 磁性拓扑绝缘体薄膜中观测到量子反常霍尔效应。

在零磁场下，反常霍尔电阻呈现量子化值（h/e2）。发现该效应是凝聚态物理学的重大成就，它将

推动低能耗电子学的发展。相关论文发表在 Science 上。

图 9-2　在磁性拓扑绝缘体薄膜中测量的量子反常霍尔效应（左）和理想情况（右）

133

★ 2013 CH

INA S

CIE

NC

E A

ND

TEC

HN

OLO

GY D

EV

ELO

PM

EN

T RE

PO

RT

★

第九章　基础研究

三、化学

建立了碳氢键对 C=X 加成模型，避免传统加成反应金属试剂制备步骤冗长、操作严格等弊端，

为碳氢化合物在加成反应中的应用提供了理论基础。

实现了分辨率达到亚纳米（约 0.5nm）的拉曼光谱成像，可分辨单个分子的内部结构和表面

构型 , 开辟了研究单个分子非线性光学过程和光化学过程的新途径。相关论文发表在Nature 上，

引起国际科技界广泛关注。Nature 评论称，“该项研究将催生探测和控制纳米尺度上的结构、动

态学、力学和化学的新技术”。

通过在反芳香环内嵌入过渡金属元素的方法，首次合成并分离出全新芳香性物质金属杂戊搭

炔。借助过渡金属使物质产生从反芳香性到芳香性的突变，是颠覆传统概念的突破。相关论文发

表在 Nature Chemistry 上，获得国际同行的高度评价。

四、天文学

对超亮 X 射线源 M 101 ULX-1 的光谱进行了观测，证实了该系统存在一个 Wolf-Rayet 伴星

的推测，揭示了其轨道周期为 8.2 天。相关研究论文发表在 Nature 上。

利用 LAMOST 先导巡天的光谱数据，证认出 70 颗具有高信噪比光谱的 DA（富氢）白矮星，

其中 35 颗是最新发现的。通过对这些白矮星的运动学和质量进行分析，验证了质量大的热白矮

星具有离银盘更近的趋势。该项成果发表在国际著名天文期刊 The Astronomical Journal 上。

通过国际合作研究了超新星遗迹 W51 中 TeV 伽马辐射起源。结果动摇了 W51 中甚高能伽

马辐射起源于超新星遗迹与邻近分子云相互作用的流行观点。该项成果发表在国际著名天文期刊

The Astrophysical Journal Letters 上。

通过国际合作结合双星的公共包层演化，首次从理论上解释了双星中一直未解的奇特现

象——中等亮度红色瞬变（ILRTs）事件，相关论文发表在 Science 上。该项成果为今后解释双星

演化中其他未解的观测现象提供了新的方向。

五、地球科学

获得了一批重要化石新发现，为揭示重要生物类群的起源和早期演化中的重要事件提供了关

键的实证材料；建立了中生代晚期和新生代某些关键时期的高分率地层序列和年代框架；发现侏

罗纪昆虫和植物协同演化的证据。

134

中国科学技术发展报告2

013

★ 2013 CH

INA S

CIE

NC

E A

ND

TEC

HN

OLO

GY D

EV

ELO

PM

EN

T RE

PO

RT

★

系统研究了白天和晚上温度上升对北半球生态系统生产力和碳源汇功能影响及其机制，发现

昼夜不对称增温对北半球生态系统碳源汇功能的影响显著，而且表现出明显的地带性规律。该项

成果发表在 Nature 上，得到了国内外同行的高度评价。

通过对道虎沟地层中恐怖虫的形态学分析，得出恐怖虫实际上是一种高度特化的蚊子的结论，

它与现存的水生缨翅蚊科相似。其成年雄性个体保留了幼虫阶段的腹部呼吸鳃，这是全变态昆虫

中一种独一无二的幼态持续现象。相关论文发表在 Nature 上。

图 9-3　道虎沟地层中的恐怖虫化石

六、生物科学

发现了一条全新的微 RNA 调控细胞重编程的途径，提出通过 PTB（RNA 结合蛋白）干涉技

术有可能将大脑中其他细胞转化为功能性神经元，对治疗神经退行性疾病有重要意义。相关论文

发表在 Cell 上。

发现星形胶质细胞多巴胺 D2 受体（DRD2）通过 αB- 晶状体蛋白（CRYAB）调节了先天

免疫反应，进而抑制神经炎症。该项研究提供了一个新的通过靶向中枢神经系统中星形胶质细胞

介导的先天免疫反应来抑制衰老和疾病中炎症反应的策略。相关论文在 Nature 发表后，被国际多

家颇有影响的学术期刊或媒体推荐。

七、新兴交叉学科

利用一种仿生复合双层膜系统研究了电子转移过程。这种方法将氧化还原分子和生物分子靶

标间的电子转移过程，通过模拟天然生物膜的氧化还原循环过程来实现。相关论文发表在 Nature

135

★ 2013 CH

INA S

CIE

NC

E A

ND

TEC

HN

OLO

GY D

EV

ELO

PM

EN

T RE

PO

RT

★

第九章　基础研究

Protocols 上。

利用红外光镊技术捕获并操控了活体小鼠真皮下毛细血管中的红血球细胞，清理了微血管中

的堵塞。相关论文发表在 Nature Communications 上。

成功运行了求解 2×2 线性方程组的量子线路，首次从原理上证明了利用量子计算机求解线

性方程组的可行性。相关论文发表在 Physical Review Letters 上。

第三节　

面向国家需求的关键科学问题

一、农业科学

◎ 研究部署

在粮食作物全基因组选择育种、油菜籽高产及高油分积累的分子机理、大宗农副产品高产优

质的分子基础、农林鼠害和农作物病害发生机制及防控、提高农业动物繁殖率的生理学及遗传调

控、农业动物营养物质高效利用、草原生态系统功能提升及调控机理等方面做了重点部署。

◎ 重要进展

在国际上率先完成了小麦 3 个基因组中 A、D 基因组的测序，发现 A 基因组包含了多数控制

产量性状的 QTL（数量性状位点），D 基因组中包含了大量抗寒、抗旱、抗病以及决定小麦特殊

加工品质的基因。相关论文发表在 Nature 上，标志着中国小麦基因组研究进入世界先进行列。

对中国 6 个重要玉米杂交组合骨干亲本进行了全基因组重测序，建立了高密度的分子标记的

基因图谱，发现了现代玉米育种过程中发生的基因组遗传变化规律，为玉米等作物的分子设计育

种奠定了基础。

提出了实现中国主要粮食作物高产高效的两步走战略目标，明确了产量和效率差的区域特征，

形成了 15 套高产高效技术规程及地方技术标准。应 Nature 杂志约稿发表了“中国为世界农业科

技发展提供了重要的借鉴”的评述文章，引起了世界的广泛关注。

对 115 个黄瓜品系进行了重测序，构建了一个包含 360 多万个位点的黄瓜遗传变异图谱，证

实了黄瓜起源于印度。相关成果发表在 Nature Genetics 上。

136

中国科学技术发展报告2

013

★ 2013 CH

INA S

CIE

NC

E A

ND

TEC

HN

OLO

GY D

EV

ELO

PM

EN

T RE

PO

RT

★

二、能源科学

◎ 研究部署

在煤中有害元素分布富集机理及环境污染防治、中国陆相页岩油富集机理与分布规律、页岩

气高效开发、人工光合成太阳能燃料、大容量直流电缆输电和管道输电、微型能源动力系统、大

容量储能体系等方面做了重点部署。

◎ 重要进展

首次确定了影响光生物反应器性能的敏感性参数，为光反应器优化和放大奠定了基础；建立

了“异养种子——光自养培养”模式，并应用于高产油小球藻户外规模培养（80m2 跑道池），油

脂产率达 5.22 g/（m2·d），是目前文献报道的最大规模及最高油脂产率。

揭示了煤层为主含水层的形成与演化机理，攻克了在这种水文地质条件下的建井、开拓与高

强度采煤水害防治难题，建立了对煤层水防控和利用相结合的综合技术体系。

化石燃料燃烧排放 PM2.5 源头控制方面，根据探明的柴油机内炭烟的表面特征与其生成和氧

化过程的关系，提出了利用高岭土抑制煤燃烧时 PM2.5 生成的方法和机制，开发了多场耦合式电

袋复合除尘器，实现了对 PM2.5 的低成本高效捕集。

提出了大规模液流电池储能系统模块化设计理念，开发出不同规模等级的液流电池单体电堆

和储能系统单元模块，并成功应用于全球最大规模的 5MW/10MWh 液流电池系统。

图 9-4　5MW/10MWh 全钒液流电池储能系统示意图

137

★ 2013 CH

INA S

CIE

NC

E A

ND

TEC

HN

OLO

GY D

EV

ELO

PM

EN

T RE

PO

RT

★

第九章　基础研究

三、信息科学

◎ 研究部署

在新型信息器件研究、支撑节能环保的光子和电子器件及技术研究、面向多维资源与新应用

环境的传输理论与方法、互联网环境中文信息处理与深度计算的基本理论与方法、认知计算的新

理论和方法、网络环境下密码安全研究、社交网络分析与网络信息传播基础研究等方面做了重点

部署。

◎ 重要进展

在视觉基本机理、视觉表示与计算模型、视频编码理论与方法等方面提出了一系列创新性方

法，形成一套高效的基于视觉特性的视频编码理论、模型和方法体系。

构建了系列数据采集、呈现装置、交互设备以及共性基础软件工具，为混合现实的基础和应

用研究奠定了基础；研发了混合现实系统支撑软件平台，在航空、航海和文化创意领域得到了应用。

在“网构软件”的软件模型、开发方法、运行支撑和质量测评等方面取得了系统的创新成果，

将网构软件技术在“企业信息化”和“物流管理”领域进行了验证性应用。

实现了 8 ～ 20GHz 基于硅基光子集成技术的微波光子滤波器芯片，建立了具有认知和协同

功能的光载无线分布式天线网络理论，实现了大范围宽带接入与泛在感知。

将认知过程的感知（P）、记忆（M）和判断（J）3 个阶段与计算相结合，初步建立了 PMJ

模型的神经网络架构，提出和建立了大脑皮层中兼有横向（时间）和纵向（空间抽象）连接结构

的深度神经网络，为进一步开展基于深度学习理论的纵向网络性质研究打下基础。

在国际上率先提出复杂生产制造全流程一体化控制的研究方向，率先研制了多网络环境下具

有安全性、易用性、协同性的生产制造全流程一体化控制系统半实物仿真实验平台，研发了实现

节能降耗的智能运行反馈控制技术，并应用于重大耗能设备，节能降耗成效显著。

提出了原创性的超蜂窝网络体系架构，在网络能效的基础理论、OFDM/MIMO 系统的高能

效高谱效联合优化设计、基于中继和多点协作传输的网络协作理论、移动业务的时空数据采集与

概率建模、基于多播、广播和动态缓存的高能效服务机理等方面取得了进展，受到国内外的广泛

关注。

138

中国科学技术发展报告2

013

★ 2013 CH

INA S

CIE

NC

E A

ND

TEC

HN

OLO

GY D

EV

ELO

PM

EN

T RE

PO

RT

★

四、资源环境科学

◎ 研究部署

在造山带弧盆体系构造—岩浆—成矿机理、华南地质构造特点及大规模低温成矿理论、典型

土壤复合有机污染特征和界面过程与修复、大气成分理化特征及其与气候系统相互作用、热带海

洋生态系统动力学与生物资源可持续利用、人类活动对中国海湾生态环境的影响及生物资源效应

等方面做了重点部署。

◎ 重要进展

发现了三江特提斯演化、多重相间的弧盆系构造格局是制约洋陆转换过程中多期成矿、多类

型矿床和多个成矿带形成的根本原因。

发现乡城—洛吉燕山期钼多金属成矿带，提出了 5 套有效方法，实现了矿床评价的快速高效。

提出了大洋主控边缘海（OceMar）系统解析 CO2 通量的准分析算法，并得到实测数据的验证，

提升了对边缘海碳循环的理解和认知。

首次提出了基于蓝紫光的近海浑浊水体大气校正算法，解决了 NASA、ESA 标准大气算法在

近海的失效难题。

修订了《全球 POPs 监测技术导则》，经缔约方大会通过，已成为世界各国开展 POPs 监测的

重要技术标准。

五、健康科学

◎ 研究部署

在肿瘤、神经、自身免疫性疾病、遗传病等方面做了重点部署，探寻相关疾病的危险因素，

研究疾病发生、发展过程相关的遗传、分子、细胞机制，发展临床诊断、干预、防治的新思路、

新策略、新手段。

◎ 重要进展

发现了免疫球蛋白样凝集素 Siglec-G 能够在巨噬细胞和树突状细胞中，以负反馈方式抑制

RNA 病毒识别受体 RIG-I 所触发的 I 型干扰素的产生，负向调节抗病毒天然免疫反应，从而帮助

RNA 病毒逃逸机体天然免疫。该项研究对寻求治疗病毒感染性疾病的新途径及研制抗病毒药物

的新靶点均具有重要意义。

揭示了一种心肌与骨骼肌中特异性表达的蛋白 MG53 是造成全身胰岛素抵抗和代谢障碍的关

139

★ 2013 CH

INA S

CIE

NC

E A

ND

TEC

HN

OLO

GY D

EV

ELO

PM

EN

T RE

PO

RT

★

第九章　基础研究

键分子，阐明了Ⅱ型糖尿病的始发机制，为寻找代谢综合征有效防治策略提供了全新的干预靶点。

相关论文发表在 Nature 上。

开发了抗白血病新药冬凌草甲素临床应用制剂，制定并实施了冬凌草甲素治疗难治性 / 复发

M2b 型白血病的前期临床试验方案，获得了 SFDA 的 I 期临床试验批文。

发现了 Axin 蛋白大量表达在哺乳动物的大脑中，并聚集在神经前体细胞中。该项研究有助

于理解神经系统疾病的发病机制，为缓解老年痴呆症病变大脑中神经损伤提供了新途径。

建立了世界上首个反映 HCV 自然感染史的人源化小鼠模型。该动物模型对于推进解决慢性

丙型肝炎致病机制的重大科学问题，开发抗 HCV 病毒药物和疫苗将提供关键技术支撑。

成功解析了两个 H7N9 毒株的血凝素蛋白及其突变体与受体类似物的复合体结构，阐明了受

体结合特性发生变化的结构基础，提出未来检测 H7N9 病毒分离株的新氨基酸置换是可能的一项

重要控制策略。

分析了全球 600 余株鼠疫菌，发现鼠疫菌基因组变异不遵循恒定分子钟的规律，在国际上首

次揭示了该菌的可变分子钟变异规律；首次将基因组学的研究与历史上传染病的传播相关联，并

建立了鼠疫菌基因组多态性数据库和溯源分析技术平台。

提出了“艾灸（隔物灸）保护肠黏膜屏障”的新见解，初步阐明了艾灸疗效的红外物理机制，

验证了“穴位对传统隔物灸的共振红外辐射和匹配吸收是传统隔物灸疗效的重要作用机理”的假

说，在此基础上研制了基于传统艾灸的特定波长激光灸疗仪。

图 9-5　发表在 Cell 上有关免疫球蛋白样凝集素 Siglec-G 作用机制的研究

140

中国科学技术发展报告2

013

★ 2013 CH

INA S

CIE

NC

E A

ND

TEC

HN

OLO

GY D

EV

ELO

PM

EN

T RE

PO

RT

★

图 9-6　10.6μm 激光灸疗仪

提出了“孙络—微血管”病变是心脑肾重大疾病和心血管事件链的生物学基础，通络保护

微血管是心脑肾异病同治和阻抑心血管事件链的共性机制。相关论文发表在心血管领域顶级杂志

Journal of American College of Cardiology 上，受到国际医学界的好评。

六、材料科学

◎ 研究部署

在海洋工程装备材料的腐蚀和防护、复杂多元有色金属矿产资源清洁高效利用、高效有机光

电材料及器件的集成、稀土功能材料高性能化、近 - 中红外激光材料器件和材料设计与制备的新

原理新方法等方面做了重点部署。

◎ 重要进展

提出了两段式无压烧结技术，被国际同行广泛采用。利用该技术制备的 5nm BaTiO3 纳米晶

陶瓷是国际上已报道的晶粒尺寸最小的致密陶瓷。

提出了可在纳米尺度上对含有晶体学非等价占位原子的材料进行定量磁结构测定的占位分辨

EMCD 方法，空间分辨率可达几十纳米，是研究自旋电子学、纳米磁学的有力工具。

研制了多种高性能铝基复合材料及构件，并成功应用于“玉兔号”月球车的移动分系统和“嫦

娥三号”光学系统。

141

★ 2013 CH

INA S

CIE

NC

E A

ND

TEC

HN

OLO

GY D

EV

ELO

PM

EN

T RE

PO

RT

★

第九章　基础研究

七、制造与工程科学

◎ 研究部署

在能源动力装备及系统、工程机械装备、航空航天装备及系统、航海装备与系统、微纳与精

密制造、海洋工程、地下工程与隧道工程、岩土工程及岩土工程减灾等方面做了部署。

◎ 重要进展

建立了基于柔性纳米刷的化学机械平坦化新方法及工艺，研制出超低下压力化学机械抛光多

分区下压力控制平台以及晶圆铜层厚度全局在线测量系统。

发明了模板约束电场诱导流变成形制造纳米

结构的新技术，在近零压力下实现了 80nm 大深

宽比结构、100nm ～ 10μm 变尺度结构和 15nm

特征结构的可控制造；研制了适合纳米结构整片

晶圆制造的压印光刻装备原型机，并在光子晶体

LED 芯片制造中进行了试验性应用。

提出了 3D 叠层封装的超低、超大跨度快速 n

弧线成形新方法，建立了超声辅助在界面形成金

属间化合物的键合方法和技术。

研发出具有低应力分布、高界面结合强度的

高性能复合强化涂层的制备方法，实现了核主泵

水润滑轴承耐磨、抗蚀、抗冲击关键部件的自主

制造。

发展了机床结合面分级描述理论，提出并建

立了高速机床的设计准则，研制了水润滑高速主

轴及动平衡系统，设计制造了一台高速机床样机。该项成果可望解决航空航天大型薄壁件加工难

题。

提出了地震波变子波模型的小波重构方法，能够识别盐岩中厚度超过 1.5m 的夹层；建立了

地面变形和沉降规律，并基于传递函数建立了可预测库群建设和运行导致的地面沉降以及监测库

群变形的预测模型。这些成果指导了中国能源储库的选址及安全运行监测。

图 9-7　盐岩层中能源储备地下库群示意图

142

中国科学技术发展报告2

013

★ 2013 CH

INA S

CIE

NC

E A

ND

TEC

HN

OLO

GY D

EV

ELO

PM

EN

T RE

PO

RT

★

八、综合交叉科学

◎ 研究部署

在航天飞行器跨流域空气动力学与飞行控制、深空探测高精度天文测角测速组合自主导航、

油页岩高效油气炼制与过程节能、基于影像实时动态多元分子分型的乳腺癌精准诊疗、基于生物、

心理多模态信息的潜在抑郁风险预警理论与生物传感关键技术、黄土重大灾害及灾害链的发生、

演化机制与防控理论、面向大型飞机综合化航空电子系统安全性、南海关键岛屿周边多尺度海洋

动力过程等方面做了重点部署。

◎ 重要进展

揭示了高分辨率对地观测系统的高精度实时运动成像中的科学规律，开展了飞行平台运动性

能分析、定位定姿系统（POS）硬件误差分析及复杂环境的高精度实现、基于高精度 POS 的合成

孔径雷达（SAR）、时空干涉光谱仪以及传感器成像质量改善方法的研究，并通过应用验证了研

究成果。

提出了大脑语言功能区的“文化特异性理论”，首次应用脑成像技术探讨阅读障碍儿童脑功

能一侧化问题。

揭示了填埋场增高提高固废减量率的规律，提出了基于稳定的增高扩容方法，为中国填埋场

大型集约化发展指明了方向。

第四节　

重大科学研究计划

一、纳米

◎ 研究部署

在液相激光熔蚀及在若干光电纳米材料制备中的关键科学问题、核酸药物高效纳米载药系

统、典型人工纳米材料的水环境过程、生物效应及其调控、利用纳米技术提高农药有效性与安

全性、二次锂空气电池高效能量转换与储存纳米材料的设计与调控、微纳超结构碳材料的设计

制备及高效能量转换与存储等方面做了重点部署。设立青年科学家专题，加大 35 岁以下青年

143

★ 2013 CH

INA S

CIE

NC

E A

ND

TEC

HN

OLO

GY D

EV

ELO

PM

EN

T RE

PO

RT

★

第九章　基础研究

科学家培养力度。

◎ 重要进展

利用纳米技术成功提高了多种口服难溶药物的功效，一批产品进入国家食品药品管理总局

（CFDA）的注册程序。

解决了无机相变材料过冷、相分离，有机相变体系热导率低、易燃等应用技术难题，为基

于智能储热 - 放热的控热调温节能体系的构筑提供理论依据和关键材料；实现了大批量大面积

（400mm×300mm）VO2 基智能调光材料的廉价制备。

制备了具有动态自调节功能的智能型光电材料，以其为主体材料制作的磷光发光器件的外量

子效率达到 16.7％；提出了“磷光光电子学”概念，发展了多种可用于调控磷光半导体材料光电

性能的新策略。

提出了单壁碳纳米管管径的温度调控生长方法，实现了单壁碳纳米管的控制生长；建成了目

前国际上最大的 500 吨 / 年碳纳米管工业生产装置。

图 9-8　单壁碳纳米管的克隆生长示意图（左）及实物照片（右）

二、量子调控

◎ 研究部署

在低维体系量子输运和拓扑态量子调控、强自旋 - 轨道耦合体系中的关联效应、过渡金属氧

化物界面的新奇量子现象、低维量子功能材料与器件、量子相干器件和微纳光子结构的量子调控

和固态量子计算的关键物理问题等方面做了重点部署。

144

中国科学技术发展报告2

013

★ 2013 CH

INA S

CIE

NC

E A

ND

TEC

HN

OLO

GY D

EV

ELO

PM

EN

T RE

PO

RT

★

◎ 重要进展

在国际上首次建立了在不同单晶衬底上高质量拓扑绝缘体薄膜的分子束外延生长动力学，为

理论预言的量子反常霍尔效应、巨热电效应和激子凝聚等效应的研究提供了物质基础。

提出用动力学解耦直接实现量子逻辑门的方案，不仅可实现各种量子逻辑门的操作，而且在

实施过程中可自动具有相干性保护功能。该项技术具有普适意义，为真正意义上的量子计算提供

了一种重要技术路径。

图 9-9　利用动力学解耦技术进行量子计算概念图

在国际上首次实现用光量子计算机求解线性方程组。通过发展量子操控技术，成功在一个量

子线路中，操控 4 个单光子，同时实现了 4 个量子受控门，并最终实验演示了运用量子计算机求

解 2 维线性方程组。

搭建了光学兼容超高真空低温扫描隧道显微镜系统，在单分子尺度上首次实现了可控成键和

断键动力学过程，揭示了分子的电子结构在化学反应过程中的演化，为研究单分子的超快动力学

过程打下基础。

三、蛋白质

◎ 研究部署

在重要生物大分子的结构生物学、肿瘤及代谢性疾病相关蛋白质调控网络、蛋白质研究的

新技术与新方法等方面做了重点部署。设立青年科学家专题，加大 35 岁以下青年科学家培养

力度。

145

★ 2013 CH

INA S

CIE

NC

E A

ND

TEC

HN

OLO

GY D

EV

ELO

PM

EN

T RE

PO

RT

★

第九章　基础研究

◎ 重要进展

在国际上首次解析了一种古细菌的早老素（presinilin）同源蛋白的晶体结构，揭示了该类蛋

白全新的折叠方式，推进了人们对阿尔兹海默症致病机理的认识和理解，为今后基于晶体结构的

药物设计和筛选打下良好基础。

解析了能量耦合因子转运蛋白的三维结构，发现了一种崭新的膜转运蛋白工作模型，阐明了

能量耦合因子转运蛋白工作机制，对解决日益严重的细菌抗药性问题具有指导意义。

发现小分子 HLY78 能协同激活 Wnt 信号通路，Axin 是 HLY78 的一个主要结合蛋白，

HLY78 能够结合在 Axin 的 C 端，解除其自抑制，从而增加 Axin 与 LRP6 结合，促进 LRP6 的磷

酸化，最终导致 Wnt 信号通路的进一步激活。该项研究揭示了一种全新的 Axin 自抑制模型，且

HLY78 可以作为工具药。

实现了在原核和真核细胞以及植物中编码具有光点击活性的非天然氨基酸丙烯酰赖氨酸

（AcrK），并利用光点击化学反应在大肠杆菌细胞中实现了细胞骨架蛋白 FtsZ 的活细胞标记。

四、发育与生殖

◎ 研究部署

在神经元迁移、形态发生和微环路形成的调控机制、脊柱发育与稳态维持的分子调控机制、

精子发生与成熟的表观遗传调控、决定卵母细胞质量的分子机制、环境内分泌干扰物对女性生殖

功能的影响及分子机制、植物胚胎及种子发育的机理等方面做了重点部署。

◎ 重要进展

在世界上首次完成了对单个卵细胞的高精度全基因组测序，由此可推断出受精卵中母源基因

组的情况。这项技术有可能将试管婴儿的活产成功率从目前的 30％提高到 60％，是辅助生殖的

一项里程碑式工作。

打破了被动遗忘的传统观念，首次提出主动遗忘的新概念。证明了具抗抑郁功能中药小分子

单体 CX123 作用于神经突触上的受体，为阐明其抗抑郁症的分子机理提供了位点。

发现了一个调控 T 细胞发育和活化的新分子，阐明了其在信号传导中的作用，获得国际同行

的高度评价，被认为将改变人们对 T 细胞发育机制的认识。

从分子机制上揭示了维持雌性生育能力、延缓女性更年期的新机制，为了解卵巢早衰、妊娠

失败等女性不孕不育疾病的病因提供了全新的认识。

146

中国科学技术发展报告2

013

★ 2013 CH

INA S

CIE

NC

E A

ND

TEC

HN

OLO

GY D

EV

ELO

PM

EN

T RE

PO

RT

★

五、干细胞

◎ 研究部署

在成体干细胞的命运决定机制与功能研究、多能干细胞向中胚层分化机理研究、单倍体干细

胞获得与倍性维持机制研究、转分化与重编程过程的表观遗传调控、干细胞微环境的体外模拟、

重大疾病干细胞治疗机制及策略研究等方面做了重点部署。设立青年科学家专题，加大 35 岁以

下青年科学家培养力度。

◎ 重要进展

使用 4 个小分子化合物的组合对体细胞进行处理，成功实现了体细胞的“重编程”，并将其

命名为“化学诱导的多潜能干细胞（CiPS 细胞）”，相关论文发表在 Science 上。

图 9-10　用化学诱导“多潜能干细胞”培育的嵌合小鼠“贝贝”

首次证明了 5hmC 和 Tet1 参与了传统 iPS 诱导过程中核心多能基因 Oct4 的去甲基化和表达

激活。过表达 Tet1 能够取代传统 iPS 诱导中最重要的转录因子 Oct4，在其他因子辅助下成功实

现体细胞的重编程（TSKM），这为提高 iPS 细胞应用的安全性提供了重要途径。

首次证明小鼠体细胞重编程可由调控分化的基因完成，即干性因子 Oct4 能够被调控中内胚

层（ME）发育和分化的因子（如 GATA3，GATA6，PAX1）代替，SOX2 能够被调控外胚层（ECT）

147

★ 2013 CH

INA S

CIE

NC

E A

ND

TEC

HN

OLO

GY D

EV

ELO

PM

EN

T RE

PO

RT

★

第九章　基础研究

发育和分化的因子（如 GMNN）代替。这一发现改变了向目标细胞状态转变需用在该状态中高

表达因子诱导的传统观点，为重新认识细胞重编程和细胞命运决定机制提供了新视角。

六、全球变化

◎ 研究部署

在大气物质沉降对海洋氮循环与初级生产过程、中国活性氮源及其对空气质量与气候变化的

影响、南海及周边地区春夏气候变异特征和机理、土壤系统碳动态、机制及其对全球变化的响应、

亚欧内陆荒漠生态系统对全球变化的响应特征与区域生态安全、全球变化与区域可持续发展耦合

模型及调控对策、森林生态系统活性氮循环机制、稻田生态系统对大气二氧化碳升高的高应答机

制等方面做了重点部署。

◎ 重要进展

建立了一个基于北大西洋涛动（NAO）预测北半球气温（NHT）的模型。基于该模型的预

测表明，由于最近 10 多年 NAO 的减弱可以部分抵消人类活动引起的增暖，未来 10 ～ 20 年的

NHT 可能会轻微地下降，这项研究对于认识大气环流自然变率对全球气温的影响以及对气温的

年代际预测具有重要意义。

预估了热带印度洋海洋—大气耦合的主模态对全球变暖的响应特征，揭示了在温室气体增加

背景下热带印度洋、太平洋部分海流变化的特征和物理机制。

完整论述了不同时间尺度（千年—百年—年代际）中国西风区温度 / 降水存在与季风区变化

不同步的反位相特征。

发现北半球中高纬度干旱半干旱区冷季增温是全球陆地年平均增温的 2 ～ 3 倍，并首次进

行了干旱半干旱区温度变化的检测归因 ；分析了全球干燥度及干旱半干旱区面积对全球变暖的

响应，发现未来全球干燥度将普遍增加 ；建立了适用于中国干旱半干旱区域卫星遥感反演陆地

蒸散模型。这些工作增强了中国科学家在全球变化研究中的竞争力，为应对气候变化自主行动

提供了科学依据。

148

中国科学技术发展报告2

013

★ 2013 CH

INA S

CIE

NC

E A

ND

TEC

HN

OLO

GY D

EV

ELO

PM

EN

T RE

PO

RT

★

第五节　

科技基础性工作专项

一、研究部署

2013 年新立项 48 项，其中，重点 41 项，一般 7 项，投入经费 9428 万元。延续支持在研项目 36 项，

投入经费 7541 万元。其中，2009 年立项的 4 项，2011 年立项的 8 项，2012 年立项的 24 项。

二、重要进展

中国家畜家禽寄生虫彩色图谱对寄生虫资源的整理与保藏、寄生虫虫种的鉴定等发挥了重要

作用。

获得了阿尔泰马鹿、欧亚驼鹿等珍稀物种的影像。

中国近 2000 年古气候代用资料为进一步认识和揭示气候变化规律奠定了数据基础。

中国 1 ∶ 5 万土壤图籍为农业、林业、气象、测绘、环境等部门提供了高精度土壤科学数据。

建成了中国珍稀濒危植物 DNA 条形码鉴定平台，为珍稀濒危植物的快速可靠鉴定提供了技

术支撑。

为突发性病虫害的危害种类的鉴定和危害程度及防治策略储备了数据。

建立了中国野生东北虎、远东豹种群及有蹄类猎物等数据库，为东北地区特殊濒危物种保护

和生境恢复提供了重要支撑。

“少数民族地区人群疾病谱”为卫生政策制定、人才培养、药品供应、新型农村合作医疗管

理等提供了决策支撑。

第六节　

国家磁约束核聚变能发展研究专项

一、 研究部署

按照《国家磁约束核聚变能发展“十二五”规划》，加快中国磁约束核聚变能发展研究，继

续部署了国家磁约束核聚变能发展研究专项（ITER 计划专项）2013 年项目。积极参加国际热核

149

★ 2013 CH

INA S

CIE

NC

E A

ND

TEC

HN

OLO

GY D

EV

ELO

PM

EN

T RE

PO

RT

★

第九章　基础研究

聚变实验堆（ITER）组织第十二届和第十三届理事会会议、管理咨询委员会（MAC）会议、实

验包层模块（TBM）工作组会议，全面参与 ITER 组织理事会议事、决策活动和 ITER 组织管理，

推动 ITER 计划执行，确保参与 ITER 计划的各项权益，选派和推荐人员参与 ITER 组织的管理层

和技术层工作，继续推进 ITER 采购包安排协议的签署和中方任务的落实。

在长脉冲高功率 NBI 关键技术、利用多功能内部线圈控制 ELM 和 RWM 的关键技术和实验、

大功率电子回旋共振加热新技术研究、HL-2A 装置高能粒子若干物理问题研究、长脉冲条件下高

热负荷有效控制、高性能托卡马克芯部等离子体输运和稳定性研究等 14 个方向做了重点部署。

二、重要进展 ◎ EAST 实验平台建设

在东方超环（EAST）上建成世界上最大的材料与等离子体实验平台；完善了兆瓦级稳定低

杂波系统；并建成了具有国际领先水平的大尺度高分辨率二维电子回旋辐射成像和三色激光器远

红外偏振仪等诊断系统。

◎ HL-2A 实验平台建设

在中国环流器二号 A（HL-2A）装置上建成了动态斯塔克效应偏振测量诊断系统，研制出了

一套快离子损失诊断探针，并建成了高功率二次谐波电子回旋共振加热系统，均达到国际先进水

平。

◎ ITER 技术消化吸收

掌握了关键的聚变电源设计和控制技术，完成了三套特种电源系统和脉冲阶梯调制直流高压

电源的研发；成功设计并研制出 6kW、100kW 和 1.5MW 三级高功率射频放大器，建成了三套离

子回旋加热系统，其单元技术和整机指标均处于国际前列。

◎ ITER 装置采购包任务预研

针对 ITER 屏蔽包层研制出符合 ITER 要求的真空热压铍材并形成规模生产能力，进入 ITER

采购目录。

提出了中国采购包标准体系和聚变技术标准体系框架，制定了核聚变领域的首个国家标准和

13 项专项标准。

◎ ITER 计划未涵盖关键技术

在固态和液态增殖剂 TBM 设计和技术可行性研究中，制备出聚变堆和包层主要候选结构材

料，研制出公斤级中子增殖剂材料铍小球；优化了在线提氚测量与分析技术和关键涉氚材料的工

150

中国科学技术发展报告2

013

★ 2013 CH

INA S

CIE

NC

E A

ND

TEC

HN

OLO

GY D

EV

ELO

PM

EN

T RE

PO

RT

★

艺，关键技术处于国际领先水平。

开展了聚变实验堆设计相关的物理和工程设计研究，建立了用于托卡马克型聚变堆的堆芯物

理设计的软件平台；完成了 Nb3Sn 超导磁体总体设计、线圈工程设计，开展了部分工程技术和工

艺研究等，为中国未来磁约束聚变堆的设计和建造奠定了基础。

中国科学技术发展报告2013 CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY DEVELOPMENT REPORT