2008年度中国科学院承担的“国家重点基础研究发展计划”项目介绍(二)

        本刊编辑部

         中国科学院;国家重点基础研究发展计划

        淡水池塘集约化养殖的基础科学问题研究首席科学家:聂品第一承担单位:中国科学院水生生物研究所

        首席科学家:聂品

        第一承担单位:中国科学院水生生物研究所

        依托部门:中国科学院、湖北省科技厅

         自1989年以来我国水产品产量连续位居世界首位,目前约占世界的40%,其中养殖产量占世界养殖产量的70%,出口额已达到90亿美元。而我国又是一个淡水资源相对短缺的国家,对水资源的合理利用与保护已成为可持续发展的关键科学和社会问题。要实现资源节约、环境友好的目标,集约化的水产养殖将是我国水产养殖的发展方向。该项目将选择我国特有的、广泛养殖的草食性鱼类——草鱼(其产量占我国淡水鱼类养殖产量的20.4%)为主要研究对象和主养鱼类,建立资源节约、环境友好的集约化养殖的理论体系,引领水产养殖业步入可持续发展的轨道。主要针对鱼类生长、营养代谢与抗病的遗传学基础和调控机理,病原的致病机理与疾病免疫防控的理论,不同功能类群生物在维持池塘养殖水环境稳定中的作用三个关键科学问题开展以下研究: (1)草鱼生长、饲料利用与抗病的遗传学基础;(2)草食性鱼类的营养需求与代谢及其调控机理的研究;(3)传染性病原的致病机理与免疫防控的理论;(4)养殖池塘生态系统生物功能群优化与水环境调控。

         该项目的主要目标是要建立适合我国池塘集约化水产养殖的系统的生物学研究方法,构建集约化水产养殖的理论体系,指导我国淡水池塘集约化水产养殖的发展,引领我国水产科技和水产养殖遗传产业的未来。通过该项目将凝聚和培养一批从事集约化水产养殖研究的创新团队,提升我国渔业科技和水产集约化养殖的原始创新能力,促进传统的池塘养殖向新型的、可持续的养殖模式转变,最终要促进我国从渔业大国到渔业强国的转变。

        首席科学家:张锁江

        第一承担单位:中国科学院过程工程研究所

        依托部门:中国科学院

         进入21世纪,我国发展面临着经济快速增长、能源和资源紧缺、环境保护日益严格、国际竞争日益激烈的重大挑战。化工和冶金行业是我国的基础和支柱产业,其能耗约占我国工业总能耗的一半,节能潜力巨大,直接影响我国工业可持续发展、国家安全和民生问题,因此节能降耗对化工冶金行业具有十分重要的战略意义。该项目针对我国电解铝、大宗化工原料生产、大型炼油等大规模、亟待解决的高能耗典型过程的国家重大需求,采用实验、计算、理论相结合的方法,以离子液体介质和绿色材料创新为源头,开展工艺—过程—系统三个层次的研究,形成普适性的节能新理论和新方法,以及化工冶金行业若干具有自主知识产权的反应、分离和系统节能新技术,促进化工冶金行业大幅度节能降耗这一世界性“瓶颈”难题的解决进程,为大宗化工原料(如乙二醇)生产、电解铝、炼油过程等典型大规模、高能耗工业过程示范装置的建立提供科学基础和设计依据,形成2—3项产业化示范技术,能耗降低20%—30%。围绕上述目标,该项目提出了7方面的主要研究内容:(1)强化反应本征特征的温和转化节能新途径;(2)面向节能的非常规介质分子设计及调控机制;(3)强化传递过程的非常规方法和场结构调控机制; (4)反应器内反应本征过程和传递的匹配及放大规律;(5)分离设备内热力学与传递的匹配及结构/界面调控规律;(6)多过程耦合的能量转化??传输??耗散规律及协同优化;(7)大规模过程系统能量集成优化的新理论和新方法。

        首席科学家:江桂斌

        第一承担单位:中国科学院生态环境研究中心

        依托部门:中国科学院、国家环境保护部

         持久性有机物污染物(Persistent Organic Pollutants, POPs)所引起的环境污染问题是影响我国环境安全的重要因素。随着2004年11月斯德哥尔摩公约正式对我国生效,我国面临履约及削减POPs的巨大挑战,缺乏POPs对我国生态风险评价的基础数据和POPs的基础研究相对薄弱是我国履约及控制POPs环境污染的最大障碍。虽然近几年有关POPs科学研究项目的陆续启动,对于POPs的一些研究如典型区域的污染源解析、污染状况调查及环境行为已经取得了一定的进展,但是在整体上数据积累及环境行为研究还很缺乏。公约拟新增POPs的研究严重滞后,缺乏基础数据,难以准确评估这些POPs列入公约受控名单之后对我国的影响。因此,开展POPs的演变趋势、运移规律、生物累积、毒性效应和控制技术原理,是我国履行斯德哥尔摩公约、应对WTO绿色贸易壁垒、促进可持续发展的重大需求,同时也将为我国制定POPs的控制法规和参与国际POPs控制谈判提供重要科学依据。

         该项目将在前一期“973”项目取得成果的基础上,以斯德哥尔摩公约中规定的12种POPs和新增POPs如多溴联苯醚(PBDEs)、全氟化合物(PFCs)为主要目标化合物,开展我国典型POPs的污染源解析、污染特征、排放模式及演变趋势研究,建立POPs快速筛查方法,探讨POPs在环境及生物中的行为,研究这些化合物在环境介质中的界面过程动力学和毒性效应,探索我国金属冶炼等高温过程中二恶英类生成、阻滞机理及纳米催化材料降解POPs机制。

        首席科学家:杨春和

        第一承担单位:中科院武汉岩土力学研究所

        依托部门:中国科学院

         利用深部盐岩洞穴进行能源地下储备是国际上广泛认可的能源储备方式,也是我国能源战略储备的重点部署方向之一。由于国家能源储备的巨大需求,我国盐岩能源地下储库群大规模兴建已经开始。尽管相对于其它地下能源储备围岩体,盐岩能源地下储备库具有较好的安全性,但近30年来,国外盐岩地下储库灾难性事故,如油气渗漏、溶腔失效和库区地表沉陷等仍时有发生,且事故突发性强、破坏力大,对安全及环境产生巨大灾难性影响。我国岩盐地层具有埋深浅、成层分布、夹层较多,地质条件相对复杂等特点,薄夹层的存在增大了形成油气渗漏通道的风险,储库密集增加了单洞垮塌引发连锁性库群灾变的可能,埋深较浅加剧了地表沉陷。况且,这些能源地下储库又均紧邻人口稠密、经济较为发达地区,此类事故一旦发生,不但影响能源储备安全,而且危害人民的生命和财产安全。因此,本项目将重点开展盐岩大型地下油气储库群的围岩体变形预测、孕灾机理、致灾过程、灾变调控与防护理论等方面的基础科学问题的研究。本项目拟开展5个方面的研究:(1)储库地层精细探测理论与工程地质评价体系;(2)多场多相耦合条件下层状盐岩体的本构理论、渗透和变形破损机理;(3)大型密集储库群(区)破坏、地表沉降的时空演化;(4)大型油气储库群建腔期灾变诱发因素与机理及控制方法; (5)大型油气储库群运营中的灾变风险评估与防护理论。研究目标是:揭示大型密集地下油气储库群成灾机理与时空演化规律,建立油气储库群致灾过程、灾变风险评估及防护的理论体系和方法,为我国石油、天然气战略地下储备选址、设计提供关键理论,规避选址及设计上的风险 ,为我国大型密集地下油气储库群灾害防护应急预案提供科学决策依据,促进相关学科基础理论的发展。

        首席科学家:陈曦

        第一承担单位:中国科学院新疆生态与地理研究所

        依托部门:新疆维吾尔自治区科技厅、中国科学院

         亚欧内陆干旱区是世界四大干旱区中面积最大的区域,约占世界干旱区面积的1/3,发育了全球最大规模的荒漠??绿洲复合体系。初步研究发现,该区域碳库量和碳汇强度远远大于目前的计算量,在荒漠??绿洲复合体中蕴含着长期被忽视的碳循环过程:(1)内陆流域水盐运移形成的大面积盐渍土,发现了极强的无机碳吸收现象;(2)土壤生境胁迫下植物各组分的响应与相互作用,造就了复杂的地下生态过程、巨大的地下生物量和有机碳蓄积;(3)环境变化引发植物生理生态过程的适应性调整,基因遗传变异调控着植物碳同化作用。因此,干旱区碳库有可能在全球碳库中占有巨大份量。该项研究可望为解读全球大量CO2去向不明即“碳黑洞”现象开辟新途径,为创建干旱区完整碳循环理论做出贡献。亚欧内陆干旱区也是上海合作组织成员国的核心地带,该项目研究将为我国参与碳平衡国际谈判提供科学支撑,对我国中亚区域合作具有重大意义。

         该项目的总体目标是:阐明亚欧内陆干旱区盐碱土吸收与固定CO2的机理,建立荒漠??绿洲复合体完整碳循环全新理论框架,重新认识干旱区碳循环在全球碳循环中的地位与作用,提出找寻全球迷失碳的新途径,为我国把握碳平衡国际谈判中的主导权提供全面科技支撑,为国家碳平衡战略和节能减排规划提供科学依据。同时,通过本项目与欧盟和中亚国家科学家的共同研究,拓展我国上海合作组织及欧盟的科技合作,促进欧亚内陆区域经济与环境协调发展。主要研究内容为:盐碱土无机碳吸收的过程与机理及其和水盐运移的关系;干旱区有机碳循环过程、驱动机制及其与无机碳吸收的关系;亚欧内陆干旱区碳循环过程及其在全球碳循环中的作用。

        首席科学家:沈肖雁

        第一承担单位:中国科学院高能物理研究所

        依托部门:中国科学院

         粒子物理是研究物质深层结构的一门基础学科。包括描述电磁相互作用和弱相互作用的弱电统一理论及描述强相互作用的量子色动力学(QCD)的标准模型是迄今为止最成功的粒子物理理论。精确检验标准模型理论和寻找新的物理现象是高能物理实验的主要物理目标。北京正负电子对撞机/北京谱仪(BEPC/BES)是工作在粲能区(质心系能量2-4.6 GeV)高精度测量前沿的大型实验装置。经过重大改造后的BEPCII的亮度约为原来的100倍;新的北京谱仪(BESIII)采用了全新的探测技术,因而具有更好的探测性能,将是未来10年唯一工作在该能区的高能物理实验。由1—2.3 GeV的正负电子对撞可以产生大量的粲偶素(J/Ψ、Ψ(2S)、χcJ 和Ψ(3770)等)、粲介子和τ轻子,它们的产生和衰变介于微扰和非微扰QCD过渡能区,是深入研究和理解QCD的重要手段;同时,粲介子和τ轻子提供了对弱电理论进行精确检验的场所。

         该项目下设多个课题,承担单位除高能所外,还包括中国科技大学、中科院研究生院、北京大学、清华大学、南京大学、山东大学和华中师范大学等国内知名高校。该项目将利用北京谱仪III(BESIII)上获取的大统计量和高质量的粲偶素、粲介子和τ轻子数据样本,系统研究轻强子谱、粲偶素的产生和衰变机制、粲介子衰变和中性D介子的混合和CP破坏,研究τ??物理和强子产生性质以及τ??粲领域的相关理论问题,以期对检验和发展QCD理论、精确检验弱电理论以及寻找和研究可能出现的新物理或新现象等具有重大物理意义而又亟待解决的问题提供重要的数据。通过理论与实验的密切合作,推动τ??粲物理研究的进展和各种唯象模型的改进与完善,促进基本粒子理论的发展和对物质结构的深入认识。

        首席科学家:陈润生

        第一承担单位:中国科学院生物物理研究所

        依托部门:中国科学院

         越来越多的实验现象表明,编码生命活动信息的模式远比“中心法则”要复杂得多,过去被认为是“垃圾”的不编码蛋白质分子的那些non-coding RNA,参与了从染色质结构变化,转录启动调节,转录后加工修饰到引导蛋白质识别绑定位点,以及细胞核内外信号交流等等几乎各个层次的细胞生理活动。

         该项目提出双色网络的概念:它是指生物网络应由蛋白质与功能RNA两类物质构成。因为这两类物质的区别非常明显,在网络中可以简单地用两种颜色的节点表示,故称为双色网络。当前有关生物网络的研究都是把蛋白质作为网络或pathway的节点,但近年来的大量新研究成果表明,非编码RNA是许多生命过程中富有活力的参与者。一些科学家认为,成千上万非编码RNA分子组成了巨大的分子网络调节着细胞中的生命活动,它们与蛋白质网络相对应,同时这两类网络必然有紧密的相互作用从而构成更复杂的网络。所以未来的网络是双色的才更符合生命活动的实际。

         该项目的总体目标是:系统地发现非编码RNA及其基因;确定非编码RNA与各种生物大分子(DNA、RNA及蛋白质等)的相互作用;构建由RNA和蛋白质共同实现的典型pathway或生物网络(双色网络);分析这类网络的数学、物理学特征;推断它们的生物学含义及可能的新规律。

        首席科学家:许瑞明

        第一承担单位:中国科学院生物物理研究所

        依托部门:中国科学院

        　　表观遗传是真核细胞生物体里一个普遍的现象,而且对人类健康长寿和疾病防治都有重要的影响。表观遗传是由于DNA和组蛋白的化学修饰而导致的染色质的空间结构的变化而引起的相对稳定的基因表达状态的变化。这种基于结构变化的基因表达调控方式是使有单一基因组的生物体丰富多彩的原因,例如形态迥异的各种体细胞就是由单一的受精卵分化而来的,也是很多随着环境和年龄变化而引起的疾病的重要因素。深入研究表观遗传调控的分子机理对于提高对生命现象的理解、对重大疾病的防治和生物医学产业的发展都有深远的影响。

        　　该项目旨在表观遗传学的结构机理研究。我们将深入研究组蛋白修饰酶,包括组蛋白甲基转移酶/去甲基化酶、乙酰转移酶/去乙酰化酶、泛素化连接酶/去泛素化酶、激酶的催化机理和活性调控的结构基础;组蛋白修饰的识别和染色质的高级结构、参与表观遗传调控的蛋白质-蛋白质相互作用、基于组蛋白修饰酶的药物开发也是本项研究的重要组成部分。我们将利用X光晶体学、核磁共振、冷冻电镜等主流结构生物学研究手段,以及生物化学、细胞生物学、化学生物学、药学等方法从多方面、多层次来研究表观遗传学的分子机理。我们的研究将着重关注蛋白修饰酶的复合体结构,蛋白质和核小体的复合体结构,以及异染色质的三维结构等难度较大的表观遗传学前沿课题。同时利用所获取的与人类健康和疾病有重大关系的蛋白质三维结构信息开展药物设计研究。