信息科学部重大项目指南、生命科学部重大项目指南

附件6

信息科学部重大项目指南

2023年信息科学部共发布8个重大项目指南，拟资助6个重

大项目。项目申请的直接费用预算不得超过1500万元/项。

-1-

“连续立体空间无线电信道基础研究”重大项目指南

信道理论是无线通信的基础理论。现有无线通信主要针对陆

地覆盖，未来移动通信网络面向天空地海广域立体覆盖，基站与

用户趋向于在连续立体空间移动，新型天线部署更趋密集且与传

播环境深度耦合，迫切需要研究融合收发天线与无线传播信道的

连续立体空间广义无线电信道。本项目以无线传播信道建模理论

与天线理论为桥梁，融合电磁理论与信息论，攻克连续立体空间

无线电信道建模、容量分析、天线设计、信道地图构建等难题，

支撑未来无线通信技术的发展。

一、科学目标

面向未来移动通信网络发展，研究连续立体空间电磁场分布

特征、最优天线阵列设计、空间信道信息获取等基础理论与方法,

揭示空时频多尺度信道特性、信道容量、天线参数及传输系统性

能之间的映射关系，提出连续立体空间无线电信道建模与容量分

析、广义天线设计、信道地图构建及传输系统优化理论与技术，

构建连续立体空间无线电信道基础理论与技术体系。

二、研究内容

（一）连续立体空间尢线电信道测量与建模理论。

融合电磁理论、天线理论、无线传播信道建模理论，探明连

续立体空间无线电信道电磁特性，建立连续立体空间无线电信道

模型；构建测量平台，通过信道测量验证优化连续立体空间无线

-2-

电信道建模理论，为信道容量分析、广义天线设计及信道地图构

建提供模型基础及实验支撑。

（二）连续立体空间信道容量理论与多尺度传输机理。

综合考虑天线和传播环境电磁特性，分析和计算连续立体空

间无线电信道容量理论限，探究基于电磁信号空时频多尺度关联

特性的广义信息承载机理，研究连续立体空间通信感知一体化性

能极限与逼近方法，结合信道测量验证容量分析与多尺度传输机

理，为通感一体化提供理论技术支撑。

（三）广义天线理论与设计。

研究融合收发天线和信道特性的广义天线理论，揭示收发天

线参数、信道特性、信道容量之间的映射关系，探明天线调控机

理，优化天线阵列设计，建立广义天线设计理论与方法，为提升

信道容量提供理论技术支撑。

（四）信道地图构建及传输系统优化理论方法。

建立连续立体空间空时频信道统计表征模型，探明信道统计

参数与地理位置之间的映射关系，构建无线信道知识地图；突破

立体空间传输系统设计瓶颈，建立信道地图使能的信道信息获取、

收发处理及资源优化理论与方法，并进行验证。

三、申请要求

（一）申请书的附注说明选择“连续立体空间无线电信道基

础研究”，申请代码1选择F0103。

（二）咨询电话

-3-

“微波成像雷达月球探测与地质过程反演研究”

重大项目指南

微波成像雷达（SyntheticApertureRadar,SAR）可获取全月

表（包括永久阴影区）高精度、多维度微波遥感数据，且可利用

其穿透性揭示隐伏形貌构造特征。然而，月球浅表层结构和物理

特性与地球迥异，如何将微波成像与月球地质演化过程关联，目

前尚缺少相应的理论与应用体系框架，阻碍了微波遥感在行星科

学研究中的应用。因此，发展地外天体微波成像遥感新方法，建

立月表地质演化过程微波信息解译体系，对月球探测及其资源开

发利用具有重要意义。

一、科学目标

针对月球特殊空间环境下微波成像遥感探测与应用的关键技

术和科学难题，揭示月表形貌构造的多维微波散射特性，探究永

久阴影区水冰微波探测机理与SAR信号表征，建立月球微波遥感

数据解译体系，开展月表应力构造和火山地貌演化分析等应用研

究，探索月貌成因相关地质过程及内外动力耦合作用下的月球演

化历史，为我国行星探测与科学研究提供重要理论支撑。

二、研究内容

（一）月壤电磁散射模型及其演化规律获取。

针对月壤成分及结构复杂多样、电磁波与其耦合机制尚不明

晰的问题，建立月壤电磁参数表征及复合尺度粗糙面物理模型，

-4-

开展时/频域融合的月壤电磁散射模型研究，挖掘月球浅表层多维

电磁散射特性，为微波信息解译和地质过程反演提供理论基础。

（二）月球极区介质参数反演及水冰特征信号探测。

针对月球永久阴影区水冰探测问题，研究水冰SAR信号表

征，探究水冰微波探测机理，发展月表物质特性反演模型，评估

水冰可能的赋存形态、含量、分布和潜在来源，为极区水冰探测

提供技术支撑。

（三）月球微波成像方法与试验验证。

针对月球轨道SAR高精度成像难的问题，开展空、时、频、

极化等多域信号编码研究，发展信号域与图像域联合的模耗抑制

方法，提出月球SAR成像标定方法,建立高精度成像理论与模型,

开展地月等效验证。

（四）月表应力构造微波信息解译与应力状态分析。

针对月表浅层应力构造形成机制存在争议、关键地质证据难

获取的问题，发展应力构造垂向节理和下伏结构SAR精细探测方

法，测定其发育年龄，厘清叶状陡坎等构造形成/发育的应力来源,

获得全月浅层结构的应力状态，揭示月球新构造形成机制。

（五）月表火山物质微波特征与热动力学过程反演研究。

针对月表火山物质垂向结构信息不明确、其早期特征被风化

层掩埋的问题，发展火山地貌的SAR解译方法，研究火山岩喷发

机制和相关热动力学地质过程，为正确认识月球演化历史和发展

月球热演化模型提供理论依据。

一3一

三、申请要求

（一）申请书的附注说明选择“微波成像雷达月球探测与地

质过程反演研究”，申请代码1选择F0113。

（二）咨询电话

-6-

“融合脑细胞外间隙结构与功能的神经生物网络建模及

应用研究”重大项目指南

以神经细胞等为主要研究对象的脑科学发展迅速。然而，为

神经细胞提供工作微环境的脑细胞外间隙一直未被充分认识和开

发利用。脑细胞外间隙占据活体脑15%-20%的容积空间，因间隙

宽度为纳米尺度，活体探测困难，现有测量方法获取的间隙结构

与功能信息明显不足。因此，突破传统探测技术瓶颈，研究新型

细胞外间隙信息获取与分析方法，建立基于脑细胞外间隙信息的

神经调控新模型和萌病治疗新方法具有重要意义。

一、科学目标

围绕纳米尺度细胞外间隙超微结构信息检测与分析的科学问

题，针对结构测量难、功能指标少、调控机制不清三个关键难题,

发展信息获取与分析新技术，揭示脑细胞外间隙结构功能特征，

探索间隙分子转运规律及调控机制，构建融合细胞外间隙功能信

息的神经生物网络模型，为建立基于细胞外间隙信息的神经调控

提供科学依据，并开展相关应用研究。

二、研究内容

（一）细胞外间隙结构信息获取与分析。

针对细胞外间隙结构特征提取与分析难题，建立从纳米、微

米到宏观的跨尺度探测分析新方法，揭示细胞外间隙正常和异常

结构特征，探索细胞外间隙物质转运规律与机制，为通过间隙途

-7-

径的神经调控与脑病治疗研究提供结构信息。

（二）细胞外间隙功能信息获取与分析。

针对脑细胞外间隙功能信息指标少和定量分析难的问题，研

究获取细胞外间隙功能信息特征参数指标的方法，揭示不同脑细

胞间隙分区的功能特征，发展脑细胞外间隙分区稳态理论。

（三）细胞外间隙分子转运调控理论与方法。

针对细胞外间隙分子转运机制不明的难题，发展神经细胞、

细胞外间隙同步信息获取与分析方法，建立融合细胞外间隙的神

经生物网络模型，探索神经兴奋与细胞外间隙分子运动的相互作

用规律与机制，研究干预间隙分子转运方法，建立通过细胞外间

隙途径的主动调控新理论与新方法。

（四）融合细胞外间隙信息的神经生物网络应用研究。

应用融合细胞外间隙信息的神经生物网络模型，探索阿尔兹

海默病等重大脑病细胞外间隙微观结构和功能改变及其机制，阐

明脑病发生、发展过程中细胞外间隙的作用与机制，在脑功能成

像、重大脑病治疗等方向开展应用研究。

三、申请要求

（一）申请书的附注说明选择“融合脑细胞外间隙结构与功

能的神经生物网络建模及应用研究“，申请代码1选择F0125。

（二）咨询电话

-8-

“智算融合网络基础理论与应用研究”重大项目指南

互联网已成为支撑现代社会经济发展、社会进步和科技创新

的最重要信息基础设施。受当时软硬件能力的制约，五十多年前

设计的互联网体系结构难以适应当前网络创新应用发展的新需

求。随着带宽、存储以及算力呈指数级飞速提升，突破传统网络

体系约束，探索构建以网络智能、算网协同、异构融合为典型特

征的新型智算融合网络，有望成为未来网络发展的新方向。研究

可兼容替代现有网络、核心技术自主可控、功能性能国际领先的

智算融合网络基础理论及关键技术，对支撑我国数字经济发展和

建设网络强国具有重要意义。

一、科学目标

针对异构算网高效调度困难、动态资源协同能力不足等科学

问题，建立智算融合的新型网络体系理论与总体架构，研究智算

融合网络组网与路由关键技术，设计智算融合网络异构资源弹性

适配机制，提出智算融合网络服务一体化编排调度方法，研制智

算融合的新型网络系统并进行应用验证，实现信息基础设施网络

核心技术自主可控，为我国新型网络建设提供基础性理论和前瞻

性技术支撑。

二、研究内容

（一）智算融合的新型网络体系理论与总体架构。

构建异构资源协同与多维动态映射模型，提出算网适配与融

-9-

合架构，设计身份、内容、算力等多样化标识空间的多维属性统

一表征方法，形成智算融合的新型网络体系理论。

（二）智算融合网络组网与路由关键技术。

研究多样化应用场景下智慧组网的柔性协同问题，设计动态

协同的复杂业务融合调度机制，构建算力驱动的新型路由交换架

构，提出可扩展的多维标识寻址与路由方法。

（三）智算融合网络异构资源弹性适配机制。

构建异构资源多维属性感知模型，研究基于动态标识统一表

征的算网弹性适配机制，设计异构资源分布最优化策略，提出多

网深度融合的跨域协同传输方法。

（四）智算融合网络服务一体化编排调度方法。

构建算力度量及算网资源映射模型，研究面向服务的算网能

力需求建模与调度方法，设计面向多样化服务的智算融合分发机

制，提出智慧资源协同控制和联合按需分配技术。

（五）智算融合的新型网络系统研制及应用验证。

研制面向智算融合需求的新型网络核心设备与系统，提出智

算融合网络系统性能评估模型与方法，研究可兼容替代现有网络

的部署方案，在交通、电力等典型场景开展应用验证。

三、申请要求

（一）申请书的附注说明选择“智算融合网络基础理论与应

用研究”，申请代码1选择F0208。

（二）咨询电话

-10-

“数据智能驱动的城市群韧性规划决策理论与方法”

重大项目指南

城市群韧性是城市群及其组成部分在面对风险扰动时保持或

快速恢复其结构和功能的能力。规划决策是优化城市群国土空间

发展格局、提升城市群韧性的共性基础问题。城市群韧性的规划

决策具有场景开放复杂、要素交互关联、对象动态演化、多尺度

空间协同等特点，离散独立松耦合的传统城市规划决策难以适应

现代城市群韧性的发展需求。升展数据智能驱动的城市群韧性规

划决策理论与方法研究，以数据为中心实现信息、知识、情景和

决策融合，可以推动城市群韧性和协同治理水平的显著提升，服

务国家区域协调发展战略。

一、科学目标

针对风险扰动与网络结构耦合松、流动与韧性认知弱、智能

体与情景交互差以及协同博弈决策难等挑战，围绕场景开放、随

机扰动的城市群多要素协同博弈决策核心科学问题，研究数据智

能驱动的城市群韧性规划决策理论与方法，建立智能协同紧耦合

的城市群韧性规划理论体系，揭示数据与知识双驱动的城市群韧

性智能认知机制，提出支持模拟风险扰动情景的城市群数字季生

模型，以及知识增强、情景融入和人类反馈结合的合作博弈决策

方法，为数据智能驱动的城市群韧性规划决策技术发展提供理论

和方法支撑。

-11-

二、研究内容

（一）城市群多层网络模型与韧性规划理论。

研究开放复杂巨系统视角下城市群的系统特征，探索数据驱

动的城市群复杂网络构建方法与网络演化博弈理论，提出多层复

杂网络与风险扰动耦合的韧性测度和优化方法，建立扰动与结构,

以及扰动与功能紧耦合的城市群韧性规划理论体系。

（二）多时空尺度人类移动行为模式挖掘与规律解析。

研究城市群多域跨模态感知数据的信息融合理论，提出风险

扰动下的数据增强方法，探索风险扰动与人流、车流、物流等流

动要素的相互作用机理，实现多时空尺度下人流、车流、物流的

异常检测与规律解析。

（三）城市群韧性知识图谱构建、学习与推理方法。

研究信息物理社会融合系统的城市群韧性相关实体与扰动特

征智能提取方法，提出嵌入扰动时空特性的城市群韧性知识图谱

构建、表示学习与知识推理方法，实现扰动与城市群结构和功能

的关联影响预测。

（四）风险扰动的虚实融合动态演绎模型。

研究城市群数字底座与扰动模型耦合的数字李生建模方法，

突破虚实数据驱动的大规模场景绘制与多尺度配准瓶颈，探索城

市群海量多域跨模态数据的轻量化处理方法，构建支持风险扰动

情景动态演绎的城市群数字李生平台。

（五）国土空间多要素协同的智能规划决策技术与验证。

-12-

建立管控底线约束下的合作博弈决策模型，研究知识增强、

情景融入和人类反馈结合的多智能体强化学习方法，研制支持智

能交互的城市群韧性规划决策平台，针对不少于2种普适性风险

扰动，在长三角、京津冀或粤港澳大湾区等典型城市群验证数据

智能驱动的规划决策理论与方法。

三、申请要求

（一）申请书的附注说明选择“数据智能驱动的城市群韧性

规划决策理论与方法”，申请代码1选择F0212。

（二）咨询电话

-13-

“工业过程全流程低碳运行智能监测与协同调控方法

及应用”重大项目指南

钢铁、有色、石化等流程行业是国民经济和社会发展的支柱

产业，也是“碳达峰、碳中和”国家战略的主战场，低碳运行需

求迫切。项目旨在研究工业过程全流程低碳运行智能监测与协同

调控理论方法，攻克碳排放智能感知与监测、高碳排工序精准控

制和面向低碳目标的全流程协同优化等挑战性难题，推动流程行

业高质量发展，助力国家“双碳”目标实现。

一、科学目标

项目面向流程行业低碳运行的迫切需求，以全流程低碳运行

为总体目标，围绕开放环境碳排放真值获取机理、高碳排工序强

约束窄运行区间调控机制、全流程耦合机制解析等关键科学问题,

开展开放环境碳排放真值获取、碳迁移精准控制和碳排放协同优

化等研究，形成流程行业低碳运行的智能监测与协同调控理论方

法和技术体系。

二、研究内容

（一）开放环境下工业过程碳排放智能感知。

研究高温、高压、多组分干扰等复杂生产环境下碳排放原位

检测和多维度感知，提出面向宽变化阈的碳排微弱信号精准析取

和基于传感网络的跨层级多尺度碳排放监测方法，实时获取碳排

放真值，实现开放环境下生产全流程碳流转的动态监测。

-14-

（二）机理与数据融合的碳流转建模与态势认知。

研究工业过程全流程相场耦合机理和微观-宏观协同作用机

理，建立高碳排工序多时空尺度碳排模型，提出机理与数据融合

的碳足迹追踪与碳流转态势认知方法，解析碳流转机制，实现全

流程碳流转态势认知。

（三）高碳排工序低碳运行精准控制。

研究虚实交互的高碳排工序全工况表征及运行调控机制，提

出高碳排工序低碳强约束窄运行区间下的全局精细化控制方法，

实现高碳排工序碳迁移过程的精准控制。

（四）碳排冲突下强耦合全流程协同优化。

研究复杂耦合下的生产全流程级联装备/过程协同运行机制，

提出包含低碳运行约束的生产全流程多目标实时协同优化方法，

实现强耦合碳排冲突下“装备-工序-全流程”低碳运行目标。

（五）全流程低碳运行智能监测与调控应用验证。

研发云边端协同的全流程低碳运行智能监测与调控系统，在

钢铁、有色、石化等典型高碳排生产场景开展应用验证与示范，

形成低碳运行综合解决方案，在行业起到引领作用。

三、申请要求

（一）申请书的附注说明选择“工业过程全流程低碳运行智

能监测与协同调控方法及应用“，申请代码1选择F0302。

（二）咨询电话/p>

-15-

“深远空间探测的跟踪测量理论方法及验证”

重大项目指南

深空探测是空间科学发展的前沿领域。开展木星与天王星等

巨行星系统、柯伊伯带乃至太阳系边际等深远空间探测任务，是

极具挑战性、创新性和带动性的重大活动。本项目旨在研究深远

空间探测的跟踪测量理论和技术，创建深远空间探测的认知模型,

扭转我国动力学空间基准不自主、受制于人的局面，突破现有关

键探测能力瓶颈，推动空间科学与技术的发展。

一、科学目标

针对深远空间探测跟踪测量面临的多学科交叉、高动态、高

精度、高自主、非线性等重大挑战，围绕非线性动力学空间基准

构建机理、极远距离天地时间频率精准同步、深远空间轨道演化

与自主导航定位等科学问题，开展深远空间探测的跟踪测量理论

和技术研究。建立以“空间基准一单向测量一自主定轨一着巡导

航”为核心的基础理论与关键技术体系，搭建深远空间高精度跟

踪测量功能仿真与系统验证平台，为深远空间探测重大工程的实

施提供基础性科学方法和前瞻性技术支撑。

二、研究内容

（一）非线性多体动力学空间基准构建方法。

研究N体非线性动力学系统解析理论，构建基于太阳系

-16-

行星/月球历表的高精度动力学模型，提出多源观测数据归算

及融合处理方法、数值积分和参数拟合方法，为实现我国动

力学空间基准的自主可控提供技术支撑。

（二）深远空间单向测距测速方法。

研究深远空间探测器时钟频率驯服、极远距离天地时间精准

同步、基于遥测帧信息的单向测距、单向测速开环信息提取等技

术，构建深远空间频率传递模型，解决深远空间高效率高精度轨

道测量难题。

（三）深远空间轨道误差演化与自主定轨理论。

研究极大时延条件与有限观测约束下的轨道确定理论，揭示

深空长周期轨道误差演化机理和面向深空超稳天体自主定轨机

理，提出复杂环境轨道误差与极大时延补偿方法和基于误差演化

的深远空间轨道确定方法，解决深远空间探测器高精度自主定轨

难题。

（四）欠观测条件下深远空间自主着巡导航方法。

研究观测条件受限、动态陌生环境二的高精度着巡导航技术,

提出深空导航系统可观性分析方法、环境自适应动态关键点提取

算法，构建高效位姿估计模型，解决深远空间星表接近、着陆与

巡视过程中的精准规划、定位与导航难题。

（五）面向深远空间探测任务的跟踪测量系统仿真与验证。

搭建深远空间探测跟踪测量功能仿真与系统验证平台，研发

面向深远空间探测任务的“空间基准一单向测量一自主定轨一着

-17-

巡导航”跟踪测量仿真系统，利用在轨深空探测任务实测数据进

行原理验证。

三、申请要求

（一）申请书的附注说明选择“深远空间探测的跟踪测、量理

论方法”，申请代码1选择F0307。

（二）咨询电话

-18-

“宇称时间对称半导体激光器”重大项目指南

高性能半导体激光器是制约空天地一体化网络等信息系统性

能提升的关键器件，为突破高性能半导体激光器的模式选择、杂

散抑制和调制增强等难题，本项目将开展线宽更窄和杂散更低的

半导体激光器理论与方法研究，取得具有重要国际影响力的创新

成果，为信息系统性能提升提供理论和器件支撑。

一、科学目标

针对半导体激光器中模式调控维度与调制效率提升等关键科

学问题，发展宇称时间对称半导体激光器新结构，揭示宇称时间

对称物理光学系统的模式竞争规律，实现宇称时间对称选模新方

法、宽带动态调谐新技术、高频响应增强新机制，研制超窄线宽、

低杂散快速调频、调制增强的宇称时间对称半导体激光器，满足

未来信息系统应用需求。

二、研究内容

（一）半导体激光器模式选择新结构。

研究半导体激光器中宇称时间对称现象，探索基于宇称时间

对称的激光模式选择新方法和新结构，攻克无需滤波选模的高稳

频窄线宽半导体激光器关键技术。

（二）半导体激光器动态模式调控新技术。

研究基于宇称时间对称原理的半导体激光器动态模式调控新

技术，揭示激光器模式快速调谐时宇称时间对称能量分布动力学

-19-

行为规律，研究快速扫频激光器中杂散产生机理，攻克激光器杂

散抑制技术。

（三）半导体激光器高频响应增强新机制。

研究基于宇称时间对称原理的半导体激光器高频调制特性，

探索高频响应增强新机制，攻克宇称时间对称半导体激光器的高

速调制增强技术。

（四）宇称时间对称半导体激光器研制及验证。

针对窄线宽、宽带调谐、高速调制激光器的需求，开展激光

器结构优化设计和制备工艺的攻关，研制窄线宽（10Hz量级）、

低杂散快速调频（瞬时线宽W50KHz）、调制增强（功率代价W-

5dBm@BERA1e-9@1OGbps）的宇称时间对称半导体激光器，在

未来信息系统中完成演示验证。

三、申请要求

（一）申请书的附注说明选择“宇称时间对称半导体激光器二

申请代码1选择F0502。

（二）咨询电话

-20-

附件3

生命科学部重大项目指南

2023年生命科学部共发布9个重大项目指南，拟资助6个重

大项目。项目申请的直接费用预算不得超过1500万元/项。

-21-

“古菌功能演化与真核生物起源”重大项目指南

真核生物起源是地球生命出现后最主要的进化跃迁，是仅次

于生命起源的第二大生命之谜。真核生物与原核生物的关键区别

是，前者的细胞具有复杂的内膜系统和膜包被的细胞核及细胞器,

而后者无细胞核和膜细胞器。细胞结构的复杂化与生命功能的涌

现相关，细胞质复杂内膜系统的出现是真核生物起源的里程碑事

件。原核生物包括古菌与细菌两种生命形式。目前的证据更多地

支持古菌与真核生物具有更近的进化关系。古菌拥有真核生物类

型的遗传信息传递机器，近来发现古菌编码真核生物内膜系统的

同源蛋白。因此，真核生物起源于古菌是近年来的主流假说。

古菌的种类众多，具有极为丰富的遗传与代谢多样性。不同

进化分支古菌的遗传机器组成、特征和功能种类不尽相同；内膜

系统蛋白从无到多，组成和数量差别大；能量代谢方式涵盖从化

能无机自养到有机异养、从厌氧呼吸到好氧呼吸。本重大项目旨

在通过综合研究上述生命系统的演化，揭示真核生物古菌祖先的

基本生命特征，在分子水平、关键生物学过程、细胞学特征、细

胞器功能形成等多系统多层面阐释古菌向真核生物演化和共生的

模式。研究结果不仅有助于揭秘真核生物的起源，而且将为理解

生命本质、改造生命过程乃至设计合成新生命系统提供重要启示。

一、科学目标

围绕“古菌功能演化与真核生物起源”这一核心科学问题，

-22-

通过系统研究进化水平不同的代表性古菌的基因组特征、基本生

物学过程、内膜系统相关分子机器、外膜结构特征与功能、能量

代谢模式等，重构真核生物古菌祖先基因组，揭示古菌中与真核

细胞起源相关的功能特征，了解其在真核细胞起源中的演化模式,

揭示真核细胞的细胞器在古菌中的原始功能形成和演化历程，提

升对真核生物起源的认知。

二、研究内容

（一）真核生物古菌祖先的基因组特征与衍生类群的发现。

（二）古菌基本生物学过程的真核生物特征演化。

（三）古菌类真核生物内膜系统形成和蛋白的功能演化。

（四）古菌一真核生物细胞膜结构与能量生成的演化。

三、申请要求

（一）围绕核心科学问题，项目按上述研究内容分别设置4

个课题，综合运用多学科研究方法，紧密围绕“古菌功能演化与

真核生物起源”这一主题，开展深入、系统研究，课题间要有紧

密和有机联系，研究内容互补，充分体现合作及材料、数据和方

法的共享。

（二）申请书的附注说明选择“古菌功能演化与真核生物起

源”，申请代码1选择C01的下属申请代码。

（三）咨询电话

-23-

“智能生物材料的构建及其生物学效应”重大项目指南

我国每年对人体组织修复再生的需求超过1亿人次，而使用

生物材料是重要的治疗和修复手段。同时，严峻的人口老龄化趋

势对生物材料的设计提出了更高的要求和更大的挑战。实现生物

材料的智能化是提高老龄化疾病治疗效果的重要手段，但现有的

智能材料多用于药物递送，用于老龄患者病损组织的再生修复尚

属空白，其中应对老龄化重大疾病如骨质疏松性骨折和心衰等的

智能生物材料更是严重缺乏。

针对老龄患者病损组织再生能力丧失、血管化/纤维化失控、

力学稳态难以维持的共性难题，研究能感知生理病理环境、适时

响应和主动调控生物学效应、并能全周期精准匹配病损组织修复

进程的智能生物材料既是重大需求又是科学前沿。需要通过突破

生物材料精确匹配机体微环境的瓶颈，提出结合人工智能、材料

基因组学和生物多组学的智能生物材料的仿生设计准则和思路，

解析智能生物材料的生物学效应机制，研发组织修复材料的先进

构建和制造技术，为骨质疏松性骨折、心肌梗死引起的心力衰竭

等老龄化重大疾病的临床治疗提供创新理论和技术解决方案。

一、科学目标

本重大项目拟解决用于组织修复的智能生物材料的仿生构筑

原理及其生物学效应这一核心科学问题，通过多学科交叉研究，

建立生物材料基因组学与生物多组学的大数据平台及高通量研发

模式，提出基于人工智能与大数据驱动的智能生物材料的理性设

-24-

计准则与仿生构筑原理，阐明智能生物材料在多层次分子调控网

络及细胞层面的材料生物学效应，解码在植入后不同时期的材料

特性与机体微环境相互作用的时空变化规律，揭示智能生物材料

自适应性、逆转病损组织失稳态与重构的机制，为骨质疏松性骨

折、心衰等老龄化重大疾病的治疗策略提供理论依据和技术支撑。

二、研究内容

（一）人工智能驱动的智能生物材料的理性设计准则和仿生

构建原理。

（二）智能生物材料的材料生物学效应及其细胞和分子机制。

（三）智能生物材料基础特性与组织重构进程的时空变化规

律。

（四）智能生物材料逆转老龄患者病损组织失稳态与重构机

制。

三、申请要求

（一）紧密围绕“智能生物材料的构建及其生物学效应”这

一核心科学问题，综合运用多学科研究方法和模式系统，开展深

入、系统研究。项目按上述研究内容分别设置4个课题，课题间

要有紧密和有机联系，研究内容互补，充分体现合作及材料、数

据和方法的共享。

（二）申请书的附注说明选择“智能生物材料的构建及其生

物学效应”，申请代码1选择CIO的下属申请代码。

（三）咨询电话

一25一

“脑发育异常导致孤独症的机制研究”重大项目指南

孤独症谱系障碍(Autismspectrumdisorder,ASD)是一种常

见的脑发育障碍性疾病，其主要临床症状包括社交障碍、重复刻

板行为和兴趣狭隘，常伴有智力障碍、小头畸形、多动等症状。

目前ASD尚缺乏有效的治疗手段，给家庭和社会带来沉重的经济

与精神负担。ASD的发病与遗传、表观遗传、母体健康状况及环

境等因素造成的脑发育异常有关。目前通过动物模型和前沿技术

验证的致病基因数量和致病机制研究较少，导致大多数ASD风险

基因的作用未得到明确阐明，药物靶点研究也比较落后。此外，

小鼠等较低等哺乳动物难以真正模拟人的高级精神活动。近年来

从进化的角度开展跨物种(包括小鼠、家犬、猪、非人灵长等)

研究成为趋势。随着生物学研究新技术的开发和推广应用，本项

目拟开展脑发育异常导致孤独症的机制这一日益成为面向世界科

技前沿和面向人民生命健康的重大科学问题的研究。

一、科学目标

围绕“ASD致病机制”这一核心科学问题，在不同层次跨物

种动物模型中利用细胞谱系追踪、三维高时空分辨率活体成像、

在体基因操作、神经环路示踪、光/化学遗传学、在体电生理与神

经活性记录和多组学联合分析等前沿交叉技术，筛选并鉴定新的

重要致病基因及其导致ASD脑发育异常及核心症状的关键脑区，

深入开展ASD核心症状致病机制的研究，完善脑发育的基础理

-26-

论，鉴定潜在的干预靶点，为早期精准诊断和治疗提供理论基础。

二、研究内容

（一）构建ASD的风险基因跨物种（包括小鼠、家犬、猪或

猴等）疾病模型，筛选并鉴定新的重要致病基因。

（二）通过神经环路功能与机制研究，明确导致ASD核心症

状的关键脑区。

（三）解析ASD致病机制，包括脑发育过程中关键脑区的异

常细胞、分子信号通路/网络和神经环路机制，鉴定潜在的干预靶

点。

三、申请要求

（一）要求项目申请人围绕核心科学问题，按三个研究内容

设置3个课题，综合运用多学科研究方法和模式系统，紧密围绕

“脑发育异常导致孤独症的机制”这一主题，开展深入、系统研

究，课题间要有紧密和有机联系，研究内容互补，充分体现交叉

合作及材料、数据和方法的共享。

（二）申请书的附注说明选择“脑发育异常导致孤独症的机

制研究”，申请代码1选择C12的下属申请代码。

（三）咨询电话

-27-

“流域生态系统多功能性与水生态安全耦合机制”

重大项目指南

水生态安全是国家生态安全和资源安全体系的重要组成部

分。在气候变化和人类活动加剧的背景下，我国水生态安全形势

严峻。目前，我国的水体富营养化、水生生物多样性降低、水体

生态功能退化和水生态系统服务下降等问题比较严重。其根本原

因之一在于水生态安全基础理论薄弱，尤其缺乏流域尺度上水生

态安全保障的认知。

流域生态系统具有水源涵养、净化水质、土壤保持、物质循

环等生态系统多功能性，并直接影响水生态安全。要从根本上解

决我国水生态安全问题，就必须以流域为基本单元统筹考虑山水

林田湖草沙等各要素，修复和提升流域生态系统多功能性。目前

国内外缺乏流域生态系统多功能性的研究，对流域生态系统多功

能性的形成、维持和提升及其与水生态安全的耦合关系尚不清楚,

对国家水生态安全保障缺乏水生态安全基础理论的支撑。因此，

亟需开展对流域生态系统多功能性与水生态安全耦合机制的系统

研究。

一、科学目标

以纬度梯度上的代表性江河湖库为研究对象，研究其流域陆

地生杰系统多功能形成与维持机制，揭示江河湖库水生态过程，

明确水生态安全保障的基本条件，解析流域生态系统多功能权衡、

-28-

协同与水生态安全耦合机制，阐明面向水生态安全保障的流域生

态系统多功能性提升技术原理与策略，为国家山水林田湖草沙一

体化保护和系统治理提供科学依据和支撑。

二、研究内容

（一）流域陆地生态系统多功能形成与维持机制。

（二）江河湖库水生态过程与水生态安全。

（三）流域生态系统多功能与水生态安全耦合机理。

（四）流域生态系统多功能性提升与水生态安全保障。

三、申请要求

（一）要求项目申请人围绕核心科学问题，按四个研究内容

设置4个课题，综合运用多学科研究方法，紧密围绕“流域生态

系统多功能性与水生态安全耦合机制”这一主题，开展深入、系

统研究，课题间要有紧密和有机联系，研究内容互补，充分体现

合作及研究材料、数据和方法的共享。

（二）申请书的附注说明选择“流域生态系统多功能性与水

生态安全耦合机制”，申请代码1选择C03的下属申请代码。

（三）咨询电话

-29-

“植物细胞极性生长的可塑性与动态调控”重大项目指南

固着生长的植物不能自由移动，在长期演化过程中形成了独

特的发育可塑性以适应随时变化的生长环境。当植物感知到发育

信号和外界环境信号时，细胞会迅速建立极性并进行极性生长，

形成具有特定形态和功能的细胞，进而推动组织器官形态建成、

植株整体发育以及对生长环境的适应性。基于此，植物细胞极性

生长的可塑性在决定农作物产量、品质、育性以及抗逆性等重要

农艺性状中起着举足轻重的作用。因此，以植物细胞极性生长作

为性状塑造的基石和推动力，开展细胞与性状塑形研究，对于支

撑农作物性状的精准设计定制具有重要意义。

在植物细胞极性生长过程中，细胞骨架动态、细胞器和囊泡

定向运输、液泡澎压、细胞膜信号感知和传导、细胞壁动态等在

时空和功能上相互关联，形成一个四维调控网络。全面解析这一

调控网络的建立、维持以及信号整合机制，将有助于揭示植物极

性生长可塑性与动态调控的细胞学基础，为实现植物细胞形态的

可控式分子设计和作物性状理性设计提供关键操作元件和技术路

线。

一、科学目标

通过团队联合攻关，运用多学科交叉的研究手段，在细胞和

亚细胞水平揭示植物细胞极性建立、维持和生长这一基本科学问

题的分子机制，在植物细胞极性生长的可塑性与动态调控机制研

-30-

究方面取得突破，并通过定向优化设计植物细胞极性生长对农作

物育性、生理稳健性与环境适应性等重要农艺性状进行遗传改良,

从而为农业生产中的重大需求问题提供理论及技术支撑。

二、研究内容

（一）植物细胞极性生长可塑性的亚细胞结构基础。

（二）极性生长的驱动力及与细胞骨架行为的耦联机制。

（三）细胞骨架-膜系统-细胞壁连续体的网络建立与信号整

合。

（四）植物细胞形态结构控制的新策略及性状设计。

三、申请要求

（一）围绕核心科学问题，项目按上述研究内容分别设置4

个课题，综合运用多学科研究方法和模式系统，紧密围绕“植物

细胞极性生长的可塑性与动态调控”这一主题，开展深入、系统

研究，课题间要有紧密和有机联系，研究内容互补，充分体现合

作与材料、数据和方法的共享。

（二）申请书的附注说明选择“植物细胞极性生长的可塑性

与动态调控”，申请代码1选择C02的下属申请代码。

（三）咨询电话

-31-

“糖原新功能与细胞稳态调控”重大项目指南

糖原是细胞中葡萄糖的主要储存形式，对机体的能量供应和

葡萄糖稳态至关重要。糖原累积异常或其结构异常可导致糖原贮

积病、感染性疾病、自身免疫疾病、糖尿病、神经炎症、神经退

变和肌肉损伤等；过度累积的糖原可在细胞内聚集形成无膜细胞

器，通过包裹信号蛋白改变胞内信号转导网络，参与疾病的发生

发展。糖原代谢的中间产物也可以通过重塑细胞代谢网络，在机

体发育和多种生理活动中发挥重要作用。鉴于糖原以颗粒、聚集

体及无膜细胞器等形式广泛存在于多种细胞类型，糖原的非经典

功能可能发挥着更广泛的生理或病理作用。但是与糖原的经典功

能相比，以糖原颗粒为整体的功能学研究还相对缺乏。系统研究

糖原新功能与细胞稳态调控，有望揭示糖原相关疾病的发病机制,

解析糖原新功能的普适性、特异性及作用机制，为相关重大疾病

的治疗提供新的靶点和策略。

一、科学目标

以糖原的上下游调控机制及生理病理功能为主线，综合运用

各类糖原疾病动物模型、糖原相关疾病的临床样本等，通过影像

示踪、分子生化、单细胞组学、基因编辑等多学科交叉的研究方

法，在生理和病理条件下探究糖原合成与分解的动态调控机制及

其在免疫调控、微环境重塑、疾病发生等方面的作用和机制，重

点研究糖原通过不依赖于能量及细胞代谢的方式调控细胞生理及

-32-

病理过程，为糖原相关疾病的诊疗提供理论基础和新靶点。

二、研究内容

（一）糖原合成与分解的动态调控机制及其示踪新方法。

（二）糖原新功能及其参与细胞稳态调控的作用机制。

（三）糖原累积异常引起的病理生理变化及其调控机制。

三、申请要求

（一）围绕核心科学问题，项目按上述研究内容分别设置3

个课题，综合运用多学科研究方法和模式系统，紧密围绕“糖原

新功能与细胞稳态调控”这一主题，开展深入、系统研究，课题

间要有紧密和有机联系，研究内容互补，充分体现合作与材料、

数据和方法的共享。

（二）申请书的附注说明选择“糖原新功能与细胞稳态调控”,

申请代码1选择C07的下属申请代码。

（三）咨询电话

-33-

“优良食品益生菌选育的生物学基础”重大项目指南

益生菌是一类重要的食品微生物，与食品工业和人民健康密

切相关。益生菌具有调节肠道菌群及免疫平衡等多种健康功能，

已被广泛应用在发酵食品、婴幼儿配方奶粉等食品中。研究表明,

益生菌适应肠道微环境、调节肠道稳态存在着显著的菌株和宿主

特异性；同时，菌株在进入肠道后与膳食成分存在着复杂的互作,

进一步影响其益生功能；菌株在培养和制备过程中对生长抑制因

子和环境胁迫因子的耐受能力是保证其生产性能的关键因素之

-O从益生菌的肠道适应、膳食调控、胁迫耐受三个角度解析优

良性能菌种的生物学基础，同时关注下一代益生菌的菌种储备，

有望建立优良菌种选育的理论基础和技术方法，为创制具有自主

知识产权的优良食品益生菌提供理论支持。

一、科学目标

基于食品科学、微生物学、营养科学等多学科手段的交叉融

合，明确益生菌特异性适应肠道微生态的生物学基础，解析益生

菌与膳食因子互作的代谢网络和基因靶标，阐明益生菌耐受生产

制备过程中胁迫因子的内在机制，揭示下一代益生菌的科学内涵

及定向选育的生理靶标，为优良食品益生菌的选育提供理论基础

和针对性策略。

二、研究内容

（一）食品益生菌适应及调节肠道稳态的生物学基础。

-34-

（二）膳食因子对益生菌功能的调控和协同增效机制。

（三）益生菌高密度培养和高活性制备的生物学基础。

（四）下一代益生菌定向选育的生物学基础。

三、申请要求

（一）紧密围绕“优良食品益生菌选育的生物学基础”这一

核心科学问题，综合运用多学科研究方法，开展深入、系统研究。

项目按上述研究内容分别设置4个课题，课题间要有紧密和有机

联系，研究内容互补，充分体现合作与材料、数据和方法的共享。

（二）申请书的附注说明选择“优良食品益生菌选育的生物

学基础”，申请代码1选择C20的下属申请代码。

（三）咨询电话

一35一

“猪饲粮养分高效协同利用的营养代谢基础”

重大项目指南

粮食安全是“国之大者”。当前，我国饲粮消费约占粮食消费

总量的49%,饲料蛋白自给率仅为50.4%,进口大豆和谷物几乎

全部用于饲料。因此，饲料用粮已成为国家粮食安全的主要矛盾,

迫切需要提高饲料粮的利用效率。猪饲料占饲料总量的46%,碳

氮是猪饲料中的主要营养素，占总养分的95%,但碳和氮在猪体

内的沉积效率仅为32%和52%o碳氮营养素利用效率低下是节约

饲料粮的瓶颈问题。

饲粮碳氮来源与组成对其消化利用效率有决定性作用。系统

深入揭示碳氮来源与组成对其代谢影响，碳氮营养素在猪消化道

内的同步释放、协同吸收、靶向分配与机体蛋白